SPR基本原理应用及进展.doc

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(2)夹心反应a、相对分子质量5000Dab、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仪的结构示意图以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 C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最新的SPR技术推出了崭新的FT-SPR检测模块-SPR100，与角度扫描型SPR检测技术不同，SPR-100的特征是在SPR检测体系中固定入射光的角度，当在某一特定波长发生等离子共振现象时，入射的p-偏振光能量几乎被完全吸收，从而检测到金属表面分子间的相互作用。