SPR基本原理应用与进展.docxVIP

SPR(Surface Plasmon Resonance) 即表面等离子体共振。 SPR技术是 20 世纪 90 年代发展起来的，应用 SPR原理检测生物传感 芯片上配位体于分析物作用的一种新技术。 一、原理 1、基本原理： 表面等离子共振是一种物理光现象。利用光在玻璃界面处发生全内反射时的消逝波，可以引发金属表面的自由电子产生表面等离子体子在入射角或波长为 某一适当值的条件下， 表面等离体子与消逝波的频率和波数相等， 二者将发生 共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰 ( 即反射强度最低值 ) 。当紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时， 共振峰位置将不同。 2、 消逝波 全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长一半的一个深度，在沿界面流 动约半个波长在返回光密介质。 光的总能量没发生改变。 透过光密介质的光波成 为消逝波。 3、如果把金属的价电子看成是均匀正电荷背景中运动的电子气体，这实际上也 是一种等离子气体。 当金属收到电磁干扰时， 形成等离子波， 金属中电子密度分布会变得不均匀。 金属表面等离子波 形成表面等离子体共振的必要条件之一是金属与介质界面的存在。 在金属表面， 电子的横向 ( 垂直于表面 ) 运动受到表面的阻挡，因此在表面上形成了电子浓度的梯度分布， 并由此形成局限于表面上的等离子体振荡。 Stem和Fam 将此振荡在表面上形成的电子疏密波定义为表面等离子体子 (SP) 。 4、 SPR仪光学原理 当消逝波与表面等离子波发生共振时， 检测到的反射光强度会大幅减弱。 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体吸收， 使得入射光的能量急剧减少。 SPR仪光学原理 从图中发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，对的入射角为 SPR角。SPR角随金属表面折射率 变化而变化 ，而折射率的变化又与金属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仪检测原理 二、 SPR检测的类型 1）直接检测 2）夹心反应 3）替代反应 4）竞争抑制反应 （ 1）直接检测 a、操作简单 b、相对分子质量 10kDA 图1. 直接检测原理示意图 夹心反应 a、相对分子质量 5000Da b、更高的灵敏性及选择性 图 2. 夹心反应原理示意图 （ 3）替代反应 a、可用于检测小分子 b、可用于荧光分析 c、此类型稀少 图 3. 替代反应原理示意图 （ 4）竞争抑制反应 a、对于小分子待测物具有较高灵敏性 b、应用范围广 c、可再生 图 4. 竞争抑制反应原理示意图 三、 SPR特点 1、可进行实时检测 2、无需样品标记 3、样品用量少 4、灵敏度高，应用范围光 5、不需对样品进行前处理 6、能测量浑浊甚至不透明样品 四、 SPR的结构 SPR仪的结构示意图 Biacore3000 为例， Biacore3000 的工作单元有：·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。 ·自动上样装置 ( autosampler) ：负责样品的混合、注射和回收。 ·一体化 U型射流器（ Integrated u-Fluidic Cartridge, IFC ）：包含液体传送通道，样品环和阀门。 ·检测单元：包括能够产生和测量 SPR 信号的光电组分。·四个可探测的液体池 (flow cell) ：该液体池通过将 IFC靠在传感芯片上而形成。 ·微处理装置 (microprocessors) ：它能控制泵，自动上样装置，和IFC的阀门并且能对 SPR 信号作基本的处理 Biacore3000 的液体流路简图 五、 SPR 的工作 1、温度控制 Biacore3000 采用Peltier 元件来控制传感芯片的表面温度。 如果温度 不稳定，仪器前部面板上的黄色  LED （light-emitting diode  ）会不 停的闪烁。通过预先设定，我们可以把温度控制在  4-40 oC之间任意 一点。 2、LED 状态指示器 3、 SPR 仪的传感芯片（ sensor chip ） 几种芯片： A. CM5 传感芯片 B. CM4 传感芯片 C. CM3 传感芯片 D. SA 传感芯片 E. NTA 传感芯片 F. HPA 传感芯片 G. L1 传感芯片 六、配体与传感芯片的偶联方法 （1）氨基偶联法 （2）配体巯基偶连 （3）醛基偶连法 七、基于波长调制的 SPR传感器 1、波长调制法：固定入射光的角度，改变入射光的波长，观测入射 光的归一化强度。 2、美国热电公司分子光谱部以其 10年傅立叶变换红外技术经验结合 必威体育精装版的 SPR 技术推出了崭新的 FT-SPR 检测模块 -SPR