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简介
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表面等离子共振技术 简介 表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。 发展简史 1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象 1941年，Fano解释了SPR现象 1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础 1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定 1987年，Knoll等人开始SPR成像研究 1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器 SPR用途简介 表面等离子共振原理 1. 消逝波 2. 等离子波 3. SPR的光学原理 1.消逝波 当光从光密介质入射到光疏介质时（n1>n2）就会有全反射现象的产生。 1.消逝波 2.等离子波 等离子体 等离子体通常是指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等。 金属表面等离子波 把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运动的电子气体，这实际上也是一种等离子体。由于电磁振荡形成了等离子波。 3.SPR光学原理 3.SPR光学原理 我们在前面提到光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。当两波相遇时可能会发生共振。 3.SPR光学原理 当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。 3.SPR光学原理 可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为SPR角。SPR角随金表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。这就是SPR对物质结合检测的基本原理。 SPR的响应模式 SPR的检测模式 直接检测： 适用于大分子 （>1000 Da） SPR的检测模式 抑制模式： 将待测小分子固定在传感器表面，在样品中加入过量对应大分子。 SPR仪的结构及工作原理 朱倩 90513126 Biacore 3000 Biacore 3000工作仪器 Biacore 3000核心部件 Biacore 3000的光学系统 Biacore 3000传感器基本结构 光波导耦合器件 金属膜 分子敏感膜 传感芯片——光波导耦合器件 棱镜型装置工作原理 光纤型光波导耦合器 光纤型光波导耦合器 光栅型光波导耦合器 光源 He2Ne激光器 LED 白炽灯——卤钨灯 传感芯片——金属膜 反射率高 化学稳定性好 厚度合适 金属材料的选择 1、可见光范围内反射率较高： Ag、Al 、Au 、Cu 2、化学稳定性好 Ag、Al、Au、Cu Ag、Au Ag膜、Au膜的比较 金膜(实线) 和银膜(虚线) SPR 光谱理论值 金属膜厚度对SPR 谱的影响 传感芯片——分子敏感膜 成膜方法： 金属膜直接吸附法 共价连接法（生物素-亲和素、葡聚糖凝胶、水凝胶、高分子膜、多肽等） 单分子复合膜法 分子印膜技术 Biacore 3000液体处理系统 Biacore 3000的LED状态指示器 LED（light-emitting diode） Ready：亮/灭 Error：亮/灭 Temperature：稳定/闪烁 Sensor Chip：稳定/闪烁 Run：亮/灭 Biacore 3000的温度控制系统 SPR 技术的应用 黄辰90513125 物理学应用 若某种物理量会引起特定敏感膜折射率的变化，就可以采用SPR 传感技术进行检测。 例如，基于温度变化引起特定敏感膜的吸湿量变化，并导致其折射率变化，从而利用SPR 传感技术进行检测的湿度传感系统，以及基于氢化无定型硅的热光效应的温度传感系统等。 化学应用 生物学应用 生物学应用 生物学应用 生物学应用 药物领域 药物与蛋白之间的相互作用 药物筛选与新药开发 SPR技术因其实时效性，高通量，特异性及能在天然状态下研究药物分子与靶点的相互作用，为新药研发提供了有力的工具 维生素检测 生物毒素检测 细菌和病原菌检测 农、兽药残留量检测 生物学应用 生物学应用 生物学应用 生物学应用 生物学应用 生物学应用 展望未来 如今，SPR技术已被广泛地用来分析生物分子 展望未来 涉及的研究领域包括 展望未来 SPR技术在分子生物学研究领域中应用的范围非常广，在研究基因工程中： 载体与质粒DNA之间的相互作用，以评价载体效率 DNA序列特异性抗体的性质鉴定等方面，SPR技术都发挥了重要作用 SPR技术与其他分析技术的联合应用，必将加速分子生物学的研究进展，使我们对生命现象的了解更加深入 Thanks for your attention! SPR的特点及发展方向 Advantages Disadvantages Future Development Examples Main Advantages 实时监测 无需标记样品 样品需要极少 检测过程方便快捷，灵敏度较高 应用范围广泛 - Other Advantages 跟踪监控 不干扰反应的平衡 不需要对样品进行处理 能在混浊的甚至不透明的样品中进行 Disadvantages 传感曲线经常不符合假一级动力学 Disadvantages 检测成本 易用性 稳定性 检测效率 改进与发展Development 增强稳定性 提高检测灵敏度 实现多通道检测 联用 装置微型化 降低成本 稳定性 生物分子&金属薄膜结合 + 一层SAM (self-assembles monolayer) 自组装单分子层 在金属薄膜层上覆盖羧甲基葡聚糖凝胶 not only but also 微流控多通道SPR检测 SPR Imaging 联用 MALDI-TOF质谱法结合 “二维” SPR—可对相互作用进行定量分析 MALDI-TOF—提供定性分析的详细结果 RP-HPLC高效液相层析技术 用于SPR技术中研究溶细胞肽与抗微生物肽和细胞膜磷脂的相互作用情况，以了解肽的构想及溶解活性。 电化学与SPR联用 为固液表面发生的各种电化学现象和过程提供有价值的信息 电诱导分子吸附/脱附， 吸附物、电沉积和阳极溶出过程中 的结构变化。 微型化 Spreeta 传感器 和SPR分析系统示意图 Biosensing Instrument(生物传感仪器)公司 小结 表面等离子体共振（SPR）技术是瑞典Pharmacia公司在20世纪90年代开发的生物传感技术。 以其检测过程方便快捷、始终保持生物分子的活性、实时检测、应用范围广、检测灵敏度高等很多优点广泛应用于生物分子相互作用的研究。 小结 随着 SPR 技术成为分析生物化学、药物研发和食物监控领域中的一个不可缺少的部分 ，SPR 生物传感器的应用将更加趋向多样化 ， 特别是它在小分子检测和脂膜领域的新兴应用将使其在未来的药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要的角色。 SPR的应用领域将不断扩大 技术水平及实用程度也将不断提高
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