分子印跡SPR傳感器介紹

分子印跡SPR傳感器一分子印跡SPR傳感器組員信息二分子印跡SPR傳感器基本定義及簡(jiǎn)介定義以分子印跡技術(shù)和SPR技術(shù)聯(lián)用而研制出的傳感器(MolecularimprintingSPRsensor)該類傳感器目前的實(shí)際應(yīng)用較少，多數(shù)處于理論和實(shí)驗(yàn)室階段。其更多的功能和應(yīng)用還有待開(kāi)發(fā)。三分子印跡SPR傳感器的工作原理1?SPR技術(shù)定乂表面等離子體共振技術(shù)(簡(jiǎn)稱“SPR”，SurfacePlasmonReson是bCeDI了金屬薄膜的光學(xué)耦合產(chǎn)生的一種物理光學(xué)現(xiàn)象。歷史(略)早在1902年，Wood(WoodRW,1902)就在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了表面等離子體波共振現(xiàn)象。但是直到1982年，Liedberg等(NylandeRCetal.,1982;LiebergBetal.,1983)才首次將表面等離子體共振技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)傳感器研究領(lǐng)域，隨后SPR作為一種新興的傳感技術(shù)，逐漸成為國(guó)際傳感器研究的熱點(diǎn)。實(shí)踐證明，SPR傳感器與傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比較，具有無(wú)需對(duì)樣品標(biāo)記、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、靈敏度高等突出優(yōu)點(diǎn)。所以，在醫(yī)學(xué)診斷、生物監(jiān)測(cè)、生物技術(shù)、藥品研制和食品安全檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。介紹表面等離子體共振原理SPRangUglasschipglassp介紹表面等離子體共振原理SPRangUglasschipglassprlsm(SF10|Sensorlay?r45nrngoldsuifaceonglass當(dāng)一束P-偏振光在一定的角度范圍內(nèi)入射到棱鏡中，在棱鏡與金屬（Au或Ag）的界面將發(fā)生反射和折射。當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，光線將被全反射；當(dāng)入射光的波向量與金屬膜內(nèi)表面電子（稱為等離子體）的振蕩頻率相匹配時(shí)，光線既被耦合進(jìn)入金屬膜，引起電子發(fā)生共振，即表面等離子體共振。金屬膜表面電子吸收入射光子能量使反射光的能量最小，這種最小化發(fā)生時(shí)的入射角度稱為“SPR角”。SPR角與入射光波長(zhǎng)、入射角、金屬膜的厚度、玻璃與金屬的介電常數(shù)、金屬表面及鄰近介質(zhì)的折射率等有關(guān)，金屬表面結(jié)合生物分子將導(dǎo)致其折射率發(fā)生變化，從而引起SPR角的變化。應(yīng)用機(jī)理因此，可通過(guò)監(jiān)測(cè)SPR角的變化研究生物分子的相互作用。由SPR曲線可獲得如下信息：哪些分子發(fā)生了相互作用、相互作用的強(qiáng)度、結(jié)合和解離的速度、樣品中分析物濃度、是否存在異構(gòu)效應(yīng)、結(jié)合位點(diǎn)分析、復(fù)合物中不同成分對(duì)結(jié)合的影響。組成（略）通常SPR光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)包括入射光源、光接收器、光路系統(tǒng)三部分。應(yīng)用領(lǐng)域化學(xué)檢測(cè)，生物監(jiān)測(cè)，藥物檢測(cè)，食品安全檢測(cè)等。2.分子印跡技術(shù)定乂分子印跡技術(shù)（Molecularimprintingtechnique,簡(jiǎn)稱MIT）是制備對(duì)特定目標(biāo)分子具有特異性預(yù)定選擇性的高分子化合物——分子印跡聚合物（Molecularimprintingpolymer,MIP）的技術(shù)。歷史（簡(jiǎn)）1972年，由Wulff研究小組首次報(bào)道了人工合成的分子印跡聚合物之后，這項(xiàng)技術(shù)才逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。特別是1993年瑞典科學(xué)家Mosbach在《Nuarte》上發(fā)表了有關(guān)茶堿分子印跡聚合物的報(bào)道后，分子印跡技術(shù)才開(kāi)始得到飛速的發(fā)展，便成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)（VlatakisGetal.,1993）。分子印跡技術(shù)具有三大特點(diǎn)：預(yù)定性、識(shí)別性和實(shí)用性。二性（略）（1）預(yù)定性（predetermination）,即它可以根據(jù)不同的目的制備不同的MIPs，以滿足各種不同的需要；（2）識(shí)別性（recognition），即MIPs是按照模板分子定做的，可專一地識(shí)別印跡分子；（3）實(shí)用性（practicibility）,即它可以與天然的生物分子識(shí)別系統(tǒng)如酶與底物、抗原與抗體、受體與激素相比擬，但由于它是由化學(xué)合成的方法制備的，因此又有天然分子識(shí)別系統(tǒng)所不具備的抗惡劣環(huán)境的能力，從而表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和長(zhǎng)的使用壽命。其中預(yù)定性和識(shí)別性是本身屬性，而實(shí)用性的優(yōu)點(diǎn)則受益于其化學(xué)合成的途徑。介紹分子印跡原理L'mplantc聚合洗脫組裝組裝L'mplantc聚合洗脫組裝組裝分子印跡是通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)的：(1)模板分子與功能單體在適當(dāng)溶劑中(通常是弱極性有機(jī)溶劑)通過(guò)共價(jià)或非共價(jià)的相互作用形成穩(wěn)定的可逆復(fù)合物；(2)加入交聯(lián)劑，在引發(fā)劑引發(fā)下發(fā)生聚合，使模板-單體復(fù)合物被固定在聚合物中；(3)通過(guò)水解或萃取的方法將模板分子除去，這樣在聚合物中就留下了與模板分子的大小、形狀及功能基團(tuán)相匹配的識(shí)別空穴(如圖)。分子印跡技術(shù)是仿生科學(xué)模擬自然界中酶-底物及受體-抗體相互作用的發(fā)展。其情形就像鑰匙和鎖的特異性關(guān)系。分類(略)預(yù)組織法(preorganization)又稱共價(jià)法，由德國(guó)的Wulff及其同事在20世紀(jì)70年代初創(chuàng)立。在此方法中，模板分子(印跡分子)首先通過(guò)可逆共價(jià)鍵與單體結(jié)合形成單體模板分子復(fù)合物，然后交聯(lián)聚合，聚合后再通過(guò)化學(xué)途經(jīng)將共價(jià)鍵斷裂而去除印跡分子。共價(jià)鍵作用的優(yōu)點(diǎn)是聚合中能獲得在空間精確固定排列的結(jié)合集團(tuán)。若印跡分子能以高百分比除去，則是一類很好的功能材料。對(duì)用于催化劑的聚合物來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部結(jié)合基團(tuán)的方向和空穴中起催化作用的活性基團(tuán)極為重要，此情況下共價(jià)鍵結(jié)合作用較為有利?？傊?，由于共價(jià)鍵作用一般較強(qiáng)，在印跡分子自組裝或識(shí)別過(guò)程中結(jié)合和解離速度慢，難以達(dá)到熱力學(xué)平衡，不適于快速識(shí)別，而且識(shí)別能力與生物識(shí)別差別甚遠(yuǎn)，因此這種方法發(fā)展緩慢。自組裝法(self-assembling)又稱非共價(jià)法，在20世紀(jì)80年代后期創(chuàng)立。在此方法中，模板分子(或稱印跡分子)與功能單體之間自組織排列，以非共價(jià)鍵自發(fā)形成具有多重作用位點(diǎn)的單體模板分子復(fù)合物，經(jīng)交聯(lián)聚合后這種作用保存下來(lái)。常用的非共價(jià)作用有：氫鍵，靜電引力，金屬螯合作用、電荷轉(zhuǎn)移、疏水作用以及范德華力、以氫鍵應(yīng)用最多。總之，非共價(jià)作用的種類較多，在制備分子印跡聚合物及其后續(xù)過(guò)程中，使用一種作用制得的分子印跡聚合物的選擇性較低，而使用多種作用相互結(jié)合制得的分子聚合物則具有較高的選擇性和分離能力。迄今使用的非共價(jià)結(jié)合作用的物質(zhì)包括丙烯酸、甲基丙烯酸、三氟甲基丙烯酸、亞甲基丁二酸、4■乙烯基苯甲酸、2-丙稀酰胺-2甲基T丙磺酸、N-丙稀?；?。應(yīng)用機(jī)理通常將MIP作為傳感器設(shè)備的識(shí)別元件固定在傳感器與被分析物的界面。被分析物在識(shí)別元件上的鍵合作用經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?hào)并放大。它既可以制成膜，也可以制成多孔的微珠填于柱中。應(yīng)用領(lǐng)域目前應(yīng)用較少，大多數(shù)處于理論階段還有待開(kāi)發(fā)。在農(nóng)藥及毒品檢測(cè)中已有應(yīng)用實(shí)例3傳感器原理4 I1 I4 I1 I出口2 魏璃片金震蜀占尸尸淋丸蚌專透卡克In-GiiAsA栓璋擺JTSFI|R的近麵外班如圖是SPR傳感器的原理圖?？赏ㄟ^(guò)監(jiān)測(cè)共振角和共振波長(zhǎng)的變化研究生物分子的相互作用?；谶@種原理,先在金屬表面固定一層受體分子,加在緩沖液中的配體與固定的受體的反應(yīng)將導(dǎo)致spr譜峰發(fā)生可以觀測(cè)到的位移。這些信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，通過(guò)譜分析可以實(shí)時(shí)、定量、靈敏地監(jiān)測(cè)到生物大分子的相互作用。Spr技術(shù)同分子印跡技術(shù)結(jié)合的關(guān)鍵就是對(duì)譜峰位移的觀察檢測(cè)。緩沖液中的配體和受體的四分子印邂中器褐功鶴的檢測(cè)領(lǐng)域及成果簡(jiǎn)）

背景(簡(jiǎn))傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖分子印跡聚合物的一個(gè)重要應(yīng)用是在生物傳感器中取代生物分子作為識(shí)別元件，研制耐受性強(qiáng)、高選擇性、低成本的分子印跡仿生傳感器。由于傳統(tǒng)的生物傳感器多以生物活性物質(zhì)作為識(shí)別元件，使用壽命短、穩(wěn)定性不高。分子印跡聚合物與生物識(shí)別元件相比，具有專一性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、不需使用動(dòng)物、可大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此考慮將SPR與分子印跡技術(shù)聯(lián)用以提高傳感器的選擇性和識(shí)別性。分子印跡技術(shù)與SPR關(guān)聯(lián)可結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)，大大提高傳感器的選擇性，具有廣闊的應(yīng)用前景。分子印跡spr檢測(cè)實(shí)例(簡(jiǎn))SPR對(duì)于監(jiān)測(cè)納米級(jí)薄膜厚度的變化以及探測(cè)分子間相互作用是一種十分方便快捷的方法。Lai等(LaiEPCetal.,1998)使用甲基丙烯酸酯和乙二醇二甲基丙烯酸制備多層分子印跡聚合物，將其作為SPR傳感器的識(shí)別元件，檢測(cè)茶堿、咖啡因和黃嘌呤。Jorn等(JornCCetal.,2005)在SPR傳感器上通過(guò)電聚合方法合成聚吡咯分子印跡聚合物薄膜,用來(lái)檢測(cè)赭曲霉素A,使用SPR技術(shù)原位監(jiān)測(cè)薄膜的生長(zhǎng)。該傳感器能檢測(cè)到的赭曲霉素的濃度低于0.05Ppm。意義及影響對(duì)于任何一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)都要從分子識(shí)別出發(fā)設(shè)計(jì)、合成和組裝與之相匹配的功能分子這是其擴(kuò)大使用范圍的關(guān)鍵。分子印跡技術(shù)與SPR聯(lián)用結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，既保留了分子五前景及不足(省略)的優(yōu)勢(shì)。前景分子印跡技術(shù)正在迅猛發(fā)展，廣泛用于各種傳感器設(shè)計(jì)。雖然目前主要處于實(shí)驗(yàn)室階段，但其巨大的科研和商業(yè)潛力已經(jīng)明顯凸現(xiàn)。從國(guó)際研究狀況看，最可能首先進(jìn)入市場(chǎng)的是固相萃取，而親和分離可能是MIP技術(shù)最理想的應(yīng)用。生物模擬傳感器和催化領(lǐng)域的發(fā)展還很不成熟，現(xiàn)在越來(lái)越多的研究者和資金進(jìn)入了該領(lǐng)域。不足對(duì)于分子印跡傳感器：(1)傳統(tǒng)聚合方法存在兩個(gè)問(wèn)題，一是不能提供足夠薄的涂層，并使之在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)達(dá)到聚合平衡；二是被分析物鍵合產(chǎn)生的信