表面等離子共振技術(shù)

表面等離子共振技術(shù)目前一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)簡(jiǎn)介表面等離子共振技術(shù)(SurfacePlasmonResonancetechnology，SPR)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的，應(yīng)用SPR原理檢測(cè)生物傳感芯片(biosensorchip)上配位體與分析物作用的一種新技術(shù)。目前二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)發(fā)展簡(jiǎn)史1902年，Wood在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)SPR現(xiàn)象1941年，F(xiàn)ano解釋了SPR現(xiàn)象1971年，Kretschmann為SPR傳感器結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)1983年，Liedberg將SPR用于IgG與其抗原的反應(yīng)測(cè)定1987年，Knoll等人開始SPR成像研究1990年，BiacoreAB公司開發(fā)出首臺(tái)商品化SPR儀器目前三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR用途簡(jiǎn)介實(shí)時(shí)分析，簡(jiǎn)便快捷地監(jiān)測(cè)DNA與蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)分子之間以及藥物—蛋白質(zhì)、核酸—核酸、抗原—抗體、受體—配體等等生物分子之間的相互作用，在生命科學(xué)、醫(yī)療檢測(cè)、藥物篩選、食品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、毒品檢測(cè)、法醫(yī)鑒定等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。目前四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)表面等離子共振原理1.消逝波2.等離子波3.SPR的光學(xué)原理目前五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)1.消逝波當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)（n1>n2）就會(huì)有全反射現(xiàn)象的產(chǎn)生。n1sinθ1=n2sinθ2菲涅爾定理：密疏密疏目前六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)1.消逝波這表示沿X軸方向傳播而振幅衰減的一個(gè)波，這就是消逝波。全反射的光波會(huì)透過光疏介質(zhì)約為光波波長的一個(gè)深度，再沿界面流動(dòng)約半個(gè)波長再返回光密介質(zhì)。光的總能量沒有發(fā)生改變。透入光疏介質(zhì)的光波成為消逝波。界面疏密目前七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)2.等離子波

等離子體

等離子體通常是指由密度相當(dāng)高的自由正、負(fù)電荷組成的氣體，其中正、負(fù)帶電粒子數(shù)目幾乎相等。

金屬表面等離子波

把金屬的價(jià)電子看成是均勻正電荷背景下運(yùn)動(dòng)的電子氣體，這實(shí)際上也是一種等離子體。由于電磁振蕩形成了等離子波。目前八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)3.SPR光學(xué)原理目前九頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)3.SPR光學(xué)原理我們?cè)谇懊嫣岬焦庠诶忡R與金屬膜表面上發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)，會(huì)形成消逝波進(jìn)入到光疏介質(zhì)中，而在介質(zhì)（假設(shè)為金屬介質(zhì)）中又存在一定的等離子波。當(dāng)兩波相遇時(shí)可能會(huì)發(fā)生共振。目前十頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)3.SPR光學(xué)原理當(dāng)消逝波與表面等離子波發(fā)生共振時(shí)，檢測(cè)到的反射光強(qiáng)會(huì)大幅度地減弱。能量從光子轉(zhuǎn)移到表面等離子，入射光的大部分能量被表面等離子波吸收，使得反射光的能量急劇減少。目前十一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)3.SPR光學(xué)原理可以從反射光強(qiáng)的響應(yīng)曲線看到一個(gè)最小的尖峰，此時(shí)對(duì)應(yīng)的入射光波長為共振波長，對(duì)應(yīng)的入射角為SPR角。SPR角隨金表面折射率變化而變化，而折射率的變化又與金表面結(jié)合的分子質(zhì)量成正比。這就是SPR對(duì)物質(zhì)結(jié)合檢測(cè)的基本原理。目前十二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR的響應(yīng)模式n1sinθ1=n2sinθ2因?yàn)閟inθ2=1

所以sinθ1=n2/n1目前十三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR的檢測(cè)模式直接檢測(cè)：適用于大分子（>1000Da）目前十四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR的檢測(cè)模式

抑制模式：將待測(cè)小分子固定在傳感器表面，在樣品中加入過量對(duì)應(yīng)大分子。目前十五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR儀的結(jié)構(gòu)及工作原理朱倩90513126目前十六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000BiacoreControl工作儀器目前十七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000工作儀器核心部件：傳感器芯片液體處理系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)其他：

LED狀態(tài)指示器溫度控制系統(tǒng)目前十八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000核心部件目前十九頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000的光學(xué)系統(tǒng)目前二十頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000傳感器基本結(jié)構(gòu)光波導(dǎo)耦合器件金屬膜分子敏感膜目前二十一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)目前二十二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)傳感芯片——光波導(dǎo)耦合器件Krestschmann棱鏡型Otto棱鏡型光纖在線傳輸式光纖終端反射式光柵型金屬膜分子敏感膜目前二十三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)棱鏡型裝置工作原理(a)Otto型(b)Kretschmann型目前二十四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)光纖型光波導(dǎo)耦合器在線傳輸式SPR光纖傳感器目前二十五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)光纖型光波導(dǎo)耦合器終端反射式SPR光纖傳感器目前二十六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)光柵型光波導(dǎo)耦合器目前二十七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)光源He2Ne激光器LED白熾燈——鹵鎢燈目前二十八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)傳感芯片——金屬膜反射率高化學(xué)穩(wěn)定性好厚度合適目前二十九頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)金屬材料的選擇1、可見光范圍內(nèi)反射率較高：Ag、Al、Au、Cu2、化學(xué)穩(wěn)定性好Ag、Al、Au、CuAg、Au目前三十頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Ag膜、Au膜的比較

金膜(實(shí)線)和銀膜(虛線)SPR光譜理論值恒定波長,反射系數(shù)與入射角度關(guān)系波長:1和2為750nm,3為600nm,4為500nm恒定入射角度,反射系數(shù)與波長關(guān)系入射角度:1為80ü,2為70ü,3為72ü,4為6815ü,5為6515ü目前三十一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)金屬膜厚度對(duì)SPR譜的影響λ=63218nm介質(zhì)為水(n=1.333)棱鏡折射率為1.51550nm目前三十二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)傳感芯片——分子敏感膜成膜方法：金屬膜直接吸附法共價(jià)連接法（生物素-親和素、葡聚糖凝膠、水凝膠、高分子膜、多肽等）單分子復(fù)合膜法分子印膜技術(shù)目前三十三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000液體處理系統(tǒng)目前三十四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000的LED狀態(tài)指示器

LED（light-emittingdiode）Ready：亮/滅Error：亮/滅Temperature：穩(wěn)定/閃爍SensorChip：穩(wěn)定/閃爍Run：亮/滅目前三十五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Biacore3000的溫度控制系統(tǒng)

目前三十六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR技術(shù)的應(yīng)用黃辰90513125目前三十七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)目前三十八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)物理學(xué)應(yīng)用若某種物理量會(huì)引起特定敏感膜折射率的變化，就可以采用SPR傳感技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。例如，基于溫度變化引起特定敏感膜的吸濕量變化，并導(dǎo)致其折射率變化，從而利用SPR傳感技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的濕度傳感系統(tǒng)，以及基于氫化無定型硅的熱光效應(yīng)的溫度傳感系統(tǒng)等。目前三十九頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)化學(xué)應(yīng)用通過檢測(cè)共振角或共振波長的變化來檢測(cè)待測(cè)分子的成分、濃度以及參與化學(xué)反應(yīng)的特性目前四十頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用目前四十一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用目前四十二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用主要用于檢測(cè)生物分子的結(jié)合作用或者通過生物分子結(jié)合作用的檢測(cè)來完成特定生物分子的識(shí)別及其濃度的測(cè)定目前四十三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用目前四十四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)藥物領(lǐng)域藥物與蛋白之間的相互作用藥物篩選與新藥開發(fā)SPR技術(shù)因其實(shí)時(shí)效性，高通量，特異性及能在天然狀態(tài)下研究藥物分子與靶點(diǎn)的相互作用，為新藥研發(fā)提供了有力的工具維生素檢測(cè)生物毒素檢測(cè)細(xì)菌和病原菌檢測(cè)農(nóng)、獸藥殘留量檢測(cè)食品工業(yè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域生物傳感器的在線分析能力和高靈敏度，微量樣品需求的特點(diǎn)，使得這種儀器成為食品及環(huán)境安全監(jiān)控的理想工具目前四十五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用目前四十六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用SPR技術(shù)因其高效靈敏、無需額外標(biāo)記等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用與蛋白質(zhì)檢測(cè)和蛋白-蛋白相互作用等蛋白質(zhì)組學(xué)研究，它能在保持蛋白質(zhì)天然狀態(tài)的情況下實(shí)時(shí)提供靶蛋白的細(xì)胞器分布，結(jié)合動(dòng)力學(xué)及濃度變化等功能信息，為蛋白質(zhì)組研究開辟了全新模式目前四十七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用目前四十八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用利用生物傳感器，可監(jiān)測(cè)和定量測(cè)定病人血清中的生物藥劑和抗體滴度的可行性，跟蹤檢測(cè)動(dòng)物模型、人類臨床試驗(yàn)?zāi)壳八氖彭揬總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)目前五十頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)利用SPR技術(shù)在胞外環(huán)境中研究控制基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期、細(xì)胞分裂和凋亡的信號(hào)傳遞途徑，從而可以準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出這些生化作用催化劑的拮抗物，應(yīng)用于癌癥的治療。目前五十一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用目前五十二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)生物學(xué)應(yīng)用SPR生物傳感器用于遺傳分析是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。如用于檢測(cè)點(diǎn)突變，用于檢測(cè)區(qū)分野生的和經(jīng)遺傳修飾的大豆基因序列等目前五十三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)展望未來如今，SPR技術(shù)已被廣泛地用來分析生物分子目前五十四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)展望未來涉及的研究領(lǐng)域包括目前五十五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)展望未來SPR技術(shù)在分子生物學(xué)研究領(lǐng)域中應(yīng)用的范圍非常廣，在研究基因工程中：載體與質(zhì)粒DNA之間的相互作用，以評(píng)價(jià)載體效率DNA序列特異性抗體的性質(zhì)鑒定等方面，SPR技術(shù)都發(fā)揮了重要作用SPR技術(shù)與其他分析技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，必將加速分子生物學(xué)的研究進(jìn)展，使我們對(duì)生命現(xiàn)象的了解更加深入目前五十六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Thanksforyourattention!90513101馬吟醒90513126朱倩90513129薛夏沫90513125黃辰Mar19th2008目前五十七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPR的特點(diǎn)及發(fā)展方向AdvantagesDisadvantagesFutureDevelopmentExamples目前五十八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)MainAdvantages實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)無需標(biāo)記樣品樣品需要極少

檢測(cè)過程方便快捷，靈敏度較高應(yīng)用范圍廣泛-目前五十九頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)OtherAdvantages跟蹤監(jiān)控不干擾反應(yīng)的平衡不需要對(duì)樣品進(jìn)行處理能在混濁的甚至不透明的樣品中進(jìn)行

目前六十頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Disadvantages傳感曲線經(jīng)常不符合假一級(jí)動(dòng)力學(xué)多價(jià)結(jié)合多步結(jié)合反應(yīng)空間位阻效應(yīng)配體或者分析物的不均一擴(kuò)散速度限制重結(jié)合現(xiàn)象目前六十一頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)Disadvantages檢測(cè)成本易用性穩(wěn)定性檢測(cè)效率目前六十二頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)改進(jìn)與發(fā)展Development增強(qiáng)穩(wěn)定性提高檢測(cè)靈敏度實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)聯(lián)用裝置微型化降低成本目前六十三頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)穩(wěn)定性生物分子&金屬薄膜結(jié)合+一層SAM(self-assemblesmonolayer)

自組裝單分子層在金屬薄膜層上覆蓋羧甲基葡聚糖凝膠

notonlybutalso目前六十四頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)微流控多通道SPR檢測(cè)目前六十五頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)SPRImagingLayoutandphotographofthemicrofluidicchipdesignedforcouplingwithSPRimagingsystem

目前六十六頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)聯(lián)用MALDI-TOF質(zhì)譜法結(jié)合“二維”

SPR—可對(duì)相互作用進(jìn)行定量分析

MALDI-TOF—提供定性分析的詳細(xì)結(jié)果目前六十七頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)RP-HPLC高效液相層析技術(shù)用于SPR技術(shù)中研究溶細(xì)胞肽與抗微生物肽和細(xì)胞膜磷脂的相互作用情況，以了解肽的構(gòu)想及溶解活性。目前六十八頁\總數(shù)七十六頁\編于十一點(diǎn)電化學(xué)與SPR聯(lián)用

為固液表面發(fā)生的各種電化學(xué)現(xiàn)象和過程提供有價(jià)值的信息電誘導(dǎo)分子吸附/脫附，