SPR基本原理應(yīng)用及進(jìn)展

1、.SPR(Surface Plasmon Resonance) 即表面等離子體共振。SPR技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展起來(lái)的，應(yīng)用SPR原理檢測(cè)生物傳感芯片上配位體于分析物作用的一種新技術(shù)。一、原理1、基本原理：表面等離子共振是一種物理光現(xiàn)象。利用光在玻璃界面處發(fā)生全內(nèi)反射時(shí)的消逝波，可以引發(fā)金屬表面的自由電子產(chǎn)生表面等離子體子在入射角或波長(zhǎng)為某一適當(dāng)值的條件下，表面等離體子與消逝波的頻率和波數(shù)相等，二者將發(fā)生共振，入射光被吸收，使反射光能量急劇下降，在反射光譜上出現(xiàn)共振峰 ( 即反射強(qiáng)度最低值 ) 。當(dāng)緊靠在金屬薄膜表面的介質(zhì)折射率不同時(shí)， 共振峰位置將不同。2、消逝波全反射的光波會(huì)透

2、過(guò)光疏介質(zhì)約為光波波長(zhǎng)一半的一個(gè)深度，在沿界面流動(dòng)約半個(gè)波長(zhǎng)在返回光密介質(zhì)。光的總能量沒(méi)發(fā)生改變。 透過(guò)光密介質(zhì)的光波成為消逝波。3、如果把金屬的價(jià)電子看成是均勻正電荷背景中運(yùn)動(dòng)的電子氣體，這實(shí)際上也是一種等離子氣體。 當(dāng)金屬收到電磁干擾時(shí)， 形成等離子波， 金屬中電子密度分布會(huì)變得不均勻。金屬表面等離子波.形成表面等離子體共振的必要條件之一是金屬與介質(zhì)界面的存在。 在金屬表面， 電子的橫向 ( 垂直于表面 ) 運(yùn)動(dòng)受到表面的阻擋，因此在表面上形成了電子濃度的梯度分布， 并由此形成局限于表面上的等離子體振蕩。 Stem和Fam 將此振蕩在表面上形成的電子疏密波定義為表面等離子體子 (SP) 。

3、4、SPR儀光學(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)度會(huì)大幅減弱。 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體吸收， 使得入射光的能量急劇減少。.SPR儀光學(xué)原理從圖中發(fā)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(zhǎng)為共振波長(zhǎng)，對(duì)的入射角為 SPR角。SPR角隨金屬表面折射率 變化而變化 ，而折射率的變化又與金屬表面結(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。SPR儀檢測(cè)原理.二、 SPR檢測(cè)的類型（ 1）直接檢測(cè)（ 2）夾心反應(yīng)（ 3）替代反應(yīng)（ 4）競(jìng)爭(zhēng)抑制反應(yīng)（ 1）直接檢測(cè)a、操作簡(jiǎn)單b、相對(duì)分子質(zhì)量 10kDA

4、圖1. 直接檢測(cè)原理示意圖(2) 夾心反應(yīng)a、相對(duì)分子質(zhì)量 5000Dab、更高的靈敏性及選擇性.圖 2.夾心反應(yīng)原理示意圖（ 3）替代反應(yīng)a、可用于檢測(cè)小分子b、可用于熒光分析c、此類型稀少圖 3.替代反應(yīng)原理示意圖（ 4）競(jìng)爭(zhēng)抑制反應(yīng)a、對(duì)于小分子待測(cè)物具有較高靈敏性b、應(yīng)用范圍廣c、可再生.圖 4.競(jìng)爭(zhēng)抑制反應(yīng)原理示意圖三、 SPR特點(diǎn)1、可進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)2、無(wú)需樣品標(biāo)記3、樣品用量少4、靈敏度高，應(yīng)用范圍光5、不需對(duì)樣品進(jìn)行前處理6、能測(cè)量渾濁甚至不透明樣品四、 SPR的結(jié)構(gòu)SPR儀的結(jié)構(gòu)示意圖.以Biacore3000 為例， Biacore3000 的工作單元有：兩個(gè)液體傳送泵： 其

5、中一個(gè)泵負(fù)責(zé)保持穩(wěn)定流速的液體流過(guò)傳感芯片表面，另一個(gè)泵負(fù)責(zé)自動(dòng)進(jìn)樣裝置中的樣品傳送。自動(dòng)上樣裝置 ( autosampler) ：負(fù)責(zé)樣品的混合、注射和回收。一體化 U型射流器（ Integrated u-Fluidic Cartridge, IFC）：包含液體傳送通道，樣品環(huán)和閥門。檢測(cè)單元：包括能夠產(chǎn)生和測(cè)量 SPR 信號(hào)的光電組分。四個(gè)可探測(cè)的液體池 (flow cell) ：該液體池通過(guò)將 IFC靠在傳感芯片上而形成。微處理裝置 (microprocessors) ：它能控制泵，自動(dòng)上樣裝置，和IFC的閥門并且能對(duì) SPR 信號(hào)作基本的處理.Biacore3000的液體流路簡(jiǎn)圖五、

6、SPR 的工作1、溫度控制Biacore3000 采用 Peltier 元件來(lái)控制傳感芯片的表面溫度。如果溫度不穩(wěn)定，儀器前部面板上的黃色LED （light-emitting diode）會(huì)不停的閃爍。通過(guò)預(yù)先設(shè)定，我們可以把溫度控制在4-40 oC之間任意一點(diǎn)。.2、LED 狀態(tài)指示器3、SPR 儀的傳感芯片（ sensor chip）.幾種芯片：A. CM5 傳感芯片B. CM4 傳感芯片.C. CM3 傳感芯片D. SA 傳感芯片.E. NTA 傳感芯片F(xiàn). HPA 傳感芯片.G. L1 傳感芯片六、配體與傳感芯片的偶聯(lián)方法（1）氨基偶聯(lián)法（2）配體巰基偶連.（3）醛基偶連法七、基于波長(zhǎng)調(diào)制的SPR傳感器1、波長(zhǎng)調(diào)制法：固定入射光的角度，改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)，觀測(cè)入射光的歸一化強(qiáng)度。2、美國(guó)熱電公司分子光譜部以其10 年傅立葉變換紅外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合最新的 SPR 技術(shù)推出了嶄新的 FT-SPR 檢測(cè)模塊 -SPR100 ，與角度掃描型 S