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SPR 生物传感器的应用现状与发展趋势 0引言 SPR 生物传感器是20 世纪80 年代出现的一种基于物理光学原理的新型生化分析系统，是生物传感器中起步较晚的一种。20 世纪初，Wood R W 观测到用连续光谱的偏振光照射金属光栅时出现了反常的衍射现象，第一次对这种现象作了公开描述。1983 年，瑞典科学家Liedberg 首次将SPR 技术应用于抗体抗原相互作用的测定，由此产生了世界上第一只SPR 生物传感器。此后，各国开始了研究的热潮。我国开展SPR 传感器的研究较晚，尚处于起步阶段。目前，已经成功研制多种SPR 传感器。SPR生物传感器作为一种强有力的动态检测手段，与传统检测手段比较，具有实时检测、无需标记、耗样量少等突出优点，在生物工程、医学、食品工业等多个领域都有广阔的应用前景。 本文介绍SPR 生物传感器的基本原理，并在此基础上详细概括了SPR 生物传感器在生命科学，药物残留，疾病诊断以及食品检测中的应用，并对其未来的发展趋势进行了展望。 1 SPR 生物传感器的原理 SPR 是一种物理光学现象，是由入射光的电磁波和金属导体表面的自由电子形成的电荷密度波相互作用产生的。这种沿着金属导体( 金、银) 表面传播的电荷密度波是一种电磁波，被称为表面等离子体波( surface plasmon wave，SPW) 。这种波是一种消逝波，它在金属内部的分布是随着与表面垂直距离的增大而呈指数衰减的。当平行表面的偏振光以一定角度照在界面上发生衰减全反射时，入射光被耦合入表面等离子体内，光能大量被吸收，在这个角度由于表面等离子体谐振将引起界面反射率显著减少。SPR 对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，任何附着在金属表面上的电介质均可被检测，不同电介质其表面等离子角不同。而同一种电解质，其附着在金属表面的量不同，则SPR 响应强度不同。基于这种原理的生物传感器通常将一种具特异识别属性的分子即配体固定于金属膜表面，监控溶液中的被分析物与该配体的结合过程。在复合物形成或解离过程中，金属膜表面溶液的折射率发生变化，随即被SPR 生物传感器检测出来。 2 SPR 生物传感器的应用 SPR 生物传感器能够准确、灵敏、快速、简便地检测多种生化指标。近年来，被广泛地应用在生命科学、药物残留、疾病诊断、食品检测等领域。随着近年来相关理论和方法学的完善，SPR 生物传感器在研究中发挥出越来越重要的作用。 2． 1 在生命科学中的应用 SPR 生物传感器是一种新型生化分析系统。与传统的超速离心、荧光法相比，无需纯化各种生物组分，实时监测各类生物分子，如，蛋白质、核酸、多糖、脂类，甚至全病毒、细胞之间相互作用的整个过程。 崔大付等人［10］利用SPR—2000 型生化分析仪对6 氧甲基鸟嘌呤—DNA 甲基转移酶( 简称MGMT) 的基因片段进行检测。MGMT 是一种重要的DNA 损伤修复酶，检测组织中MGMT 的活性可以预测正常细胞的突变性，为肿瘤的早期预防提供依据。陈受惠等人采用基于SPR 原理的生物分子相互作用分析技术，研究了抗生物素抗体与生物素相互作用的动力学特征。结果表明: 抗生物素抗体与生物素的结合速率常数为2． 59 × 104L/( mol·s) ，结合常数为6． 86 × 106L/mol。Endo T 等人利用SPR 光学生物传感器监测抗原抗体反应，根据不同浓度的纤维蛋白原与固定在纳米颗粒层表面的抗纤维蛋白原抗体免疫反应，导致光学信号的改变，从而实时监测抗原抗体免疫反应，其最低检出量为10 μg /L。 Andersen J T 等人运用原核表达的办法，通过大肠杆菌大量表达了切除重链的FcRn，通过SPR 技术去评价该FcRn 的功能，并且研究了该FcRn 与免疫球蛋白结合时的pH 条件。Hosse R J 等人［14］利用SPR 技术研究了大肠杆菌E7的DNA 酶的结构域与同源蛋白、免疫蛋白相互结合动力学，通过精确的动力学分析，对一系列的克隆抗体进行筛选，从而建立了快速抗体筛选方法。新生儿特异性免疫球蛋白G 输送蛋白( FcRn) 是免疫球蛋白G 的受体，结构类似于主要组织相容性复合物类型I，在被动免疫中有着重要作用。Massarelli I 等人用SPR 技术，以人体纤维蛋白抗原决定簇( 312—324) 和多肤配基为分析对象，研究了两者之间的结合动力学，结果表明: SPR 技术是研究结合自由能的一种快捷可靠方法。到目前为止，SPR 生物传感器已逐步成为直接实时监控分析分子生物学相互作用的有效工具和主导技术。 2． 2 在药物残留中的应用 农、兽药的大量使用，污染了农牧产品，诸如肉类、奶类等，给人类的健康带来巨大危害。通常，这些药品在食品中的残留量很小，需要灵敏度高的仪器进行检