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生物分子相互作用研究的重要工具-SPR Sensor 表面等离子共振技术 (Surface Plasmon Resonance, SPR) 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 内 容 概述 原理 研究相互作用的一般过程及应用 发展前景 表面等离子共振（SPR）传感器 光学传感器 瑞典科学家Liedberg 等于80 年代首次将SPR传感器技术运用于IgG抗体与其抗原相互作用的测定 1990 年,瑞典的Biacore AB 公司开发出世界上第一台商业化的SPR 生物传感器BiacoreTM,随后不断有专业化的商用SPR 生物传感器平台 广泛应用于从蛋白、寡核苷酸、寡糖、脂类到小分子、噬菌体、病毒颗粒、细胞等各种生物体系。 从根本上改变了生物分子识别科学,成为生命科学和制药研究上的标准工具 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，内部不形成空间电荷。金属可以看成等离子体,由于电磁振荡形成等离子波 光以大于临界角入射在光疏介质和光密介质表面时，会形成衰逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的本征等离子波。当物质的本征波遇到外界波的时候可能会发生什么？ 共 振 ! 一、表面等离子共振技术的原理 全内反射是一种普遍存在的光学现象。 一束平面光波从介质1表面进入到介质2中。入射光在介质1表面上一部分发生反射，另一部分则透射进介质2。 入射角和透射角之间满足关系式： n1sinθ1=n2sinθ2 (n1:介质1的折射率，n2:介质2的折射率) 当入射角增大，增大到临界角θc 时,这时的透射角为90°；当入射角继续增大到大于临界角时，光不再透射进介质2，也就是发生了全反射。 snell定律可知： θ2=90° θc=sin-1(n2/n1) 当n2n1时，全反射就可能发生。从几何光学的角度来看，当光发生全反射时，光会在介质1界面上完全反射而不进入介质2中。实际上，由于波动效应，有一部分光的能量会穿过界面渗透到介质2中，平行于界面传播。这部分光场就是所谓的隐失波 这表示沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波，这就是衰逝波。衰逝波最后仍返回第一介质，总的来说光的能量没有进第二介质。 一般情况下隐失波在折射率小的介质中传播一段距离，再回到折射率大的介质，使光的全部能量都回到第一介质中。如果隐失波的频率与金属表面振荡的自由电子（即等离子）频率一致，则金属表面的等离子就吸收光能发生共振（surface plasmon resonance，SPR），使反射光强度减弱，这时的入射角为共振角（SPR角）。糖蛋白和脂蛋白引起的特异性折射率增高较其他蛋白低。而核酸引起的特异性折射率增高比蛋白质稍高。 当入射波以某一角度或某一波长入射，近场波矢K和SPW的波矢相等，发生谐振，入射光能量耦合到SPW的波，反射光强度出现一个凹陷。此时的入射光角度称为SPR角。SPR角随金表面折射率的变化而变化，而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。 在表面等离子共振仪中，最核心的结构是芯片，芯片的结构见图。在玻璃表面附有一层金箔，一种待检分子（ligand）连在金箔上，入射光在金和玻璃表面发生全反射，并产生SPR，这时的入射角为I。当有另一种分子（analyte）与ligand相互作用时，使金箔的折射率发生变化，这时以原来的入射角（I）入射就不能发生SPR，而以入射角（II）入射才能发生SPR。用楔形的入射光入射保证了入射角在一定范围能，并能实时检测 当入射波以某一角度或某一波长入射，近场波矢 SPR基本原理 共振角 SPR检测原理 SPR响应 SPR仪的结构示意图及工作原理 1 Biacore3000的工作单元 2 温度控制 3 LED状态指示器 4 SPR仪的传感芯片（sensor chip） SPR生物传感器的基本结构 光波导耦合器件 Sensor chip 金属膜 分子敏感膜 1 Biacore3000的工作单元 2 温度控制 3 LED状态指示器 4 SPR仪的传感芯片（sensor chip） Biacore3000的工作单元 两个液体传送泵：其中一个泵负责保持稳定流速的液体流过传感芯片表面，另一个泵负责自动进样装置中的样品传送。 自动上样