表面等离子共振的应用及研究进展

表面等离子共振发展表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种基于光学原理的分析技术，广泛应用于生物医药、环境监测、食品安全等领域。

它利用金属表面的等离子共振现象来检测和分析样品中的分子相互作用，具有高灵敏度、实时性和无标记等优点。

SPR技术的核心是基于金属薄膜表面的等离子共振现象。

当一束光照射到金属薄膜上时，光与金属表面的自由电子发生共振耦合，形成表面等离子波，从而改变了光的传播特性。

当有分子与金属表面接触时，由于分子的存在会引起表面等离子波的耗散，进而导致共振现象的消失或改变。

通过监测光的透射或反射信号的变化，可以获得样品中分子的信息。

SPR技术在生物医药领域的应用非常广泛。

它可以用于蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质-小分子相互作用、蛋白质-细胞相互作用等的研究。

例如，在药物研发中，可以通过SPR技术来筛选药物候选化合物与靶蛋白之间的结合情况，评估药物的亲和力和特异性。

此外，SPR技术还可以用于病原体的检测和诊断，如病毒、细菌和肿瘤标志物的快速检测。

除了生物医药领域，SPR技术在环境监测和食品安全领域也具有重要应用价值。

例如，可以利用SPR技术来检测水中重金属离子、农药残留和毒素等有害物质的含量。

在食品安全方面，SPR技术可以用于检测食品中的致病菌、农药残留、食品添加剂等。

随着技术的发展，SPR技术也在不断进化和创新。

近年来，研究人员通过结合微流控技术、纳米材料和生物传感器等手段，进一步提高了SPR技术的灵敏度和多样性。

例如，利用纳米颗粒改变金属薄膜的表面形貌，可以实现对更小分子的检测。

此外，还有研究人员将SPR技术与光纤、拉曼光谱等技术相结合，开发出更加灵活和便携的检测设备，为实际应用提供了更多可能性。

表面等离子共振技术是一种强大的分析工具，具有广泛的应用前景。

在生物医药、环境监测和食品安全等领域，它为科学研究和工业应用提供了一种高灵敏度、实时监测的手段。

表面等离子体共振在研究中的应用摘要：表面等离子共振（SPR）近年来迅速发展为用于分析生物分子相互作用的一种新的光学检测技术。

应用SPR原理可检测生物传感芯片上配位体与分析物之间的相互作用情况，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测及环境监测等领域具有广泛的应用需求。

该技术无需标记、特异性强、灵敏度高、样品用量小，可实现在线连续实时检测。

本文阐述了基于表面等离子共振技术生物传感器的基本原理，综述了SPR在蛋白质、水质、有毒气体检测及疾病诊断中的应用，以及利用SPR分析蛋白质—蛋白质相互作用中的主要研究方向，并对其发展趋势进行了展望。

关键词：表面等离子体共振；蛋白质；水质检测；有毒气体检测；疾病诊断Application in the Scientific Research ofSurface Plasmon ResonanceAbstract:The optical technique of surface plasmon resonance(SPR)has been rapidly developed to investigate the interactions of biomolecules in recent years, it can be applied for monitoring of interaction between ligand and analyte on a sensor chip. Thus, it has been largely demanded in the field of life science, medical testing, drug screening, food and environmental monitoring, and so on.SPR technique has many advantages,such as label-free,specificity,sensitivity, sample dosage, real-time and online detection.In this paper, the principle of biosensor chip technology of SPR biosensors was briefly described, its application on protein, water quality, toxic gas investigations and disease diagnosis were reviewed, and the mainly research fields of using SPR analyse interaction between protein and protein were stated. Furthermore，the trend of its development in near future has been prospected．Key words: surface plasmon resonance; protein; immunosensor; water quality investigation; toxic gas investigation表面等离子体子共振(surface plasmon resonance，SPR)是一种利用金属薄膜的光学耦合产生的物理光学现象。

表面等离子共振技术的研究摘要：通过对表面等离子共振技术的原理研究，从而深入介绍表面等离子共振传感技术在现代生物科技和医学上的广泛应用，以及探讨未来表面等离子共振技术的应用领域和趋势。

关键词：表面等离子共振技术生物应用医学应用表面等离子共振技术，英文简写SPR。

随着SPR技术成为分析生物化学、药物研究和食物监控领域[1-3]中的一个不可缺少的部分，SPR生物传感器的应用将更加趋向多样化，特别是它在小分子检测盒脂膜领域的新兴应用将使其在未来药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要的角色。

近几年，其发展尤为迅猛，随着SPR仪器的不断完善和生物分子膜构建能力的不断增强，SPR生物传感器应用前景极为广阔。

一、表面等离子共振技术简介表面等离子共振技术，英文简写SPR。

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[4]由于SPR生物传感器作为一种强有力的动态检测手段，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，引起了世界范围的研究热潮[5]。

1.表面等离子共振技术的原理表面等离子体共振又称SPR（Surface Plasmon Resonance），是一种物理光学现象[6]，它是由于入射光激发表面等离子体产生表面等离子波而形成的。

当一束p偏振光在一定角度范围内入射到两种不同介质界面，如端面蒸镀有一层约50nm厚金膜的棱镜端面时，在棱镜与金膜界面将产生表面等离子波，当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金膜内自由电子产生共振，即表面等离子共振，入射光的一部分能量在金属表面发生迁移，从而使反射光在一定角度范围内大大减弱，使反射光在一定角度内完全消失的入射角为共振角。

如果用于检测分析分子之间的反应动态时，先在芯片表面固定一层生物分子识别膜，然后将待测样品流过芯片表面，如果样品中有能够与芯片表面的生物分子识别膜相互作用的分子，引起金膜表面样品质量和折射率变化，从而导致共振角变化。

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。

表面等离子共振技术的研究和应用表面等离子共振技术，简称SPR技术，是一种强大的分析和检测技术，被广泛应用于化学分析、生物医学、生物芯片和材料科学等领域。

该技术基于光学反射原理，能够实现高灵敏度、高速度的分子组分分析，特别适用于微观范围内的生物分子相互作用研究。

下面将详述SPR技术的基本原理、研究进展和应用情况。

一、SPR技术的基本原理SPR技术的核心是表面等离子共振现象，根据该现象，当光束垂直射入金属反射膜表面时，由于金属表面存在一层特殊的光学介质，会与光子发生共振作用，引起反射光波的强度和反射角度的变化，从而反映出样品溶液中生物分子的吸附和解吸过程。

利用SPR技术，可以实现实时监测溶液中生物分子的吸附动力学和亲和性，以及呈现微观结构和形态信息，进而揭示分子间相互作用机制。

二、SPR技术的研究进展SPR技术自上世纪80年代后期发展以来，已经经历了多次技术革新和发展，主要体现在如下几个方面。

1.传统SPR技术向生物体系领域的发展传统的SPR技术适用于化学分析、环境监测和材料科学等领域，但受到生物体系中复杂样品和高灵敏度需求的制约。

近年来，研究人员提出了基于生物芯片、抗体共培养和胚胎干细胞筛选等技术的新型SPR检测方法，有效地增强了SPR技术在生物体系中的应用能力。

2.多维SPR技术的兴起多维SPR技术将传统SPR技术与其他分析技术（如流式细胞术、ELISA等）相结合，实现了对生物分子多个维度的检测和分析。

该技术使得SPR技术具备了更高的检测灵敏度、更丰富的实验信息和更广泛的应用领域，如肝癌早期诊断和分子医学研究等。

3.基于SPR技术的成像分析技术SPR成像技术是SPR技术的重要分支，利用光学成像技术对样品的吸附均匀性和光学信息进行定量分析，不仅可以实现对单个分子的检测，还能够以成像的方式呈现分子受体之间的复杂作用。

该技术对于探究膜蛋白复合物、细胞相互作用等领域具有广泛的研究意义。

三、SPR技术的应用情况SPR技术的应用范围十分广泛，涵盖了从化学到生物医学等众多领域。

纳米尺度下的表面等离子体共振研究近年来，纳米科技的迅猛发展已经引起了全球范围内的广泛关注。

在纳米尺度下，物质的特性发生了巨大的变化，为我们带来了许多前所未有的机遇和挑战。

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）作为一种重要的纳米光电效应，在纳米科学与纳米技术研究中扮演着重要的角色。

SPR是一种光电效应，产生于金属表面等离子体的激发过程中。

在金属（通常为金或银）与介质（通常为空气或液体）之间，存在一种名为“表面等离子体”的集体振动模式。

当金属表面暴露在入射光的作用下时，金属中的自由电子与光子发生相互作用，形成一种电磁波共振，从而产生SPR。

SPR的共振条件由金属的折射率、入射光的波长和入射角度等因素决定。

SPR现象被广泛应用于光学传感、化学分析、生物医学等领域。

由于纳米尺度下的特殊性质，纳米结构在SPR研究中发挥着重要的作用。

通过调节纳米结构的形貌、尺寸和组分等参数，可以实现对SPR的调控和优化。

此外，纳米结构还可以提高光子与物质相互作用的强度，从而增强SPR信号的灵敏度和分辨率。

在纳米尺度下的表面等离子体共振研究中，金属纳米颗粒是最常用的纳米结构之一。

金属纳米颗粒具有较大的比表面积和光学活性，与光子的相互作用较强。

通过控制金属纳米颗粒的形状、大小和间距等参数，可以调控其SPR的共振波长和强度。

此外，金属纳米颗粒还可以作为基底或载体，用于固定和增强生物分子的SPR信号。

除了金属纳米颗粒，其他纳米结构如金属纳米线、纳米孔阵列和纳米薄膜等也被广泛研究。

这些纳米结构具有特殊的电子结构和光学特性，可以实现对SPR的理性设计和优化。

例如，金属纳米线具有长寿命、狭缝共振和耦合共振等特点，可以实现高灵敏度和高分辨率的传感性能。

纳米孔阵列和纳米薄膜则可以通过表面等离子体局域场增强效应，提高SPR的灵敏度和分辨率。

在表面等离子体共振研究中，纳米技术的发展为实现纳米尺度下的SPR提供了重要的手段。

表面等离子共振技术表面等离子共振技术（简称SPR）是一种近红外波段技术，它用于研究物质表面之间的相互作用，并成为生物物理学研究的新工具。

SPR技术具有高灵敏度、高大分辨率、快速实时响应等优点。

此外，它可以较好地用于实验室分析和监测血清中的抗原和抗体。

表面等离子共振的原理是，将特定的光源引入抽油管中，然后将抽油管中的光向下倾斜入光管中。

随着光管中折射率不同的液体反射该光源，光源随着反射而发射，发出的光被检测器检测。

当物质表面上的分子结构改变时，由检测器检测到的发射信号会发生变化。

表面等离子共振技术的应用领域有很多，包括生物分子分析、监测血清中的抗原和抗体、检测血清中的药物和毒素等。

例如，可以用SPR技术来检测定量的蛋白质和药物，以及血清和细胞的相互作用。

此外，SPR技术可用于检测血清中的生物标志物，以及特定疾病的风险评估和诊断。

最近，表面等离子共振技术受到了越来越多的关注，因其对生物分子相互作用的高精度测定以及对血清中的抗原和抗体的检测而被广泛应用。

近几年，SPR技术的研究和应用取得了较大的进展，如开发了新的灵敏度更高的传感器和更快速的测量技术。

此外，研究者也提出了基于SPR技术的新结构传感器用于测量生物标志物。

SPR技术为研究人员提供了一种灵活方便的分析技术，它在血清和细胞表面之间相互作用的研究中发挥着重要作用。

然而，目前SPR 技术仍然存在着一些不足。

例如，它的发展仍然相对落后，系统和设备价格昂贵，而且还不能满足生物分子的高精确性测量要求等。

为了改善SPR技术的缺陷，研究人员正在努力改善传感器的设计和性能，研发新的接收机技术，并开展新的研究，以确定更精确的表面分子结构。

总之，表面等离子共振技术已成为生物物理学研究的新工具，具有广阔的应用前景，有望在血清和细胞表面相互作用的研究中发挥重要作用。

前景展望表面等离子共振技术是一种有前途的技术，预计将在血清分析和药物研发中发挥重要作用。

随着技术的进步，SPR技术应用领域将越来越多，将得到更广泛的应用。

表面等离子体共振技术的应用和发展表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）技术是一种重要的生物分子相互作用分析方法。

近年来，SPR技术以其快速、灵敏、准确的特点，被广泛应用于生命科学、药学、食品科学、环境科学等领域。

一、 SP技术的原理SPR技术主要利用金属薄膜（如金或银）上的表面等离子体共振现象。

当金属薄膜受到一定角度入射的光线时，会激发出表面等离子体共振波，造成反射光的减弱，从而可以测量样品与其反应物相互作用的程度。

二、 SPR技术在生命科学领域的应用1. 分析生物分子相互作用SPR技术可以实时检测生物分子相互作用的变化，如蛋白质与其配体的相互作用、酶与底物的结合等。

同时，SPR技术还可以对生物分子进行定量测定和动力学参数分析，为对药物作用机理等研究提供可靠数据。

2. 疾病诊断基于SPR技术的生物传感器被广泛应用于疾病检测，如肿瘤标志物、细菌和病毒等的检测。

而SPR技术还可以应用于药物筛选和毒性评价等方面，为药物研发提供重要参考。

三、SPR技术的发展趋势1. 多模式SPR技术多模式SPR技术可以监测更多的相互作用，包括大分子和膜蛋白等结构复杂的生物分子相互作用。

此外，多模式SPR技术还可以扩大SPR应用的范围，如环境污染检测、化学品分析等。

2. 纳米SPR技术纳米SPR技术可以极大地提高SPR技术的灵敏度和选择性，具有更广泛的应用前景。

目前，研究人员正在探索和开发各种纳米材料，如金纳米颗粒、碳纳米管、量子点等，用于增强SPR技术的灵敏度和特异性，加速其应用于疾病早期诊断和药物研发。

3. SPR技术与互补技术的结合SPR技术与其他技术的结合将会极大拓展SPR应用的领域。

例如，将SPR技术与质谱和流式细胞术结合，可以实现蛋白质样品的更全面分析；将SPR技术与拉曼光谱结合，可以实现高灵敏检测。

总之，SPR技术在生命科学领域的应用前景十分广泛，而随着其技术的不断发展和完善，其将会在更广泛的领域中发挥作用，为我们的科学研究和生活带来更多贡献。

表面等离子体共振技术在物理实验中的应用案例分析引言近年来，表面等离子体共振技术在物理实验中的应用得到了广泛关注。

该技术基于表面等离子体共振现象，通过激发材料表面的共振模式，实现对光场的强增强和局域化，具有独特的光学性质。

本文将从两个具体案例出发，探讨表面等离子体共振技术在物理实验中的应用。

案例一：表面等离子体共振传感器表面等离子体共振传感器是一种利用表面等离子体共振技术来实现高灵敏度、实时检测的传感器。

以生物传感器为例，通过将生物分子固定在传感器表面的功能化薄膜上，当有目标生物分子与其特异配对时，会导致共振角发生变化。

通过测量共振角的变化，可以得到目标生物分子的浓度和相关信息。

表面等离子体共振传感器的应用十分广泛。

在医学领域，它可以用于实时监测体内的生物分子，如蛋白质和DNA，从而帮助早期癌症的检测和治疗。

在环境监测中，表面等离子体共振传感器可以用于检测污染物的浓度和种类，提供高灵敏度的监测手段。

此外，它还可以应用于食品安全检测、生物制药等领域，为科研和工业带来了巨大的便利。

案例二：表面等离子体共振激光表面等离子体共振激光是一种利用表面等离子体共振技术来实现超分辨率成像的方法。

它通过调控材料表面产生的共振模式，实现对光场的局域操控，使得激光的聚焦尺寸远小于传统光学的衍射极限。

表面等离子体共振激光在纳米光子学和光信息存储等领域有着重要的应用。

例如，在纳米光子学中，通过操控金属纳米颗粒的表面等离子体共振，可以实现纳米级的光源和调控。

这一技术可以用于纳米传感器、光学信号处理等方面的研究。

在光信息存储领域，表面等离子体共振激光可以实现超高密度的存储，有望突破传统光纤通信的瓶颈。

结论表面等离子体共振技术作为一种重要的光学技术，能够实现对光学场的增强和局域化。

在物理实验中，它被广泛应用于传感器、激光等领域，为科学研究和应用开辟了新的可能。

随着技术的不断进步，相信表面等离子体共振技术将在更多领域展示其无限潜力，为我们的生活和科技进步带来更多的机会和挑战。

药物分析中的表面等离子体共振技术研究及应用表面等离子体共振技术(Surface Plasmon Resonance, SPR)是一种基于光学原理的先进分析技术，近年来在药物研究领域中得到广泛应用。

本文将探讨表面等离子体共振技术在药物分析中的研究进展和应用前景。

一、表面等离子体共振技术简介表面等离子体共振技术起源于上世纪70年代，是一种基于金属与光的相互作用的光谱技术。

该技术通过激发在金属表面上的等离子体共振波，利用共振波强度与介质中发生的生物化学反应之间的关系来实现对生物分子之间相互作用的研究。

二、表面等离子体共振技术在药物分析中的应用1. 药物相互作用研究表面等离子体共振技术可以用于研究药物与其靶标分子之间的相互作用。

通过将药物与靶标分子共同固定在金属表面上，并通过监测共振角变化来获得药物与靶标分子之间亲和力、解离常数等相关参数。

这对于药物筛选、药物设计以及药物剂量优化等方面具有重要意义。

2. 药物代谢动力学研究表面等离子体共振技术可以用于研究药物与生物体内代谢酶之间的相互作用。

通过将药物与特定代谢酶固定在金属表面，并测量共振角变化，可以获得药物与代谢酶结合的速率常数、解离常数等相关动力学参数。

这对于了解药物的代谢途径、代谢产物以及药物副作用等方面非常有帮助。

3. 药物质量控制表面等离子体共振技术可以用于药物质量控制中的快速检测。

通过将药物样品与特定检测分子固定在金属表面上，可以实时监测样品中药物的浓度变化。

这可以提高药物生产的效率和质量，并有助于及时发现潜在的质量问题。

4. 药物输送系统研究表面等离子体共振技术可以用于研究药物输送系统的性能。

通过将药物输送系统与相应的靶向分子固定在金属表面上，并观察共振角变化，可以了解药物输送系统的稳定性、溶出速度以及药物的释放行为。

这对于药物的有效输送以及药效的提高具有重要意义。

三、表面等离子体共振技术的发展趋势近年来，随着技术的不断进步，表面等离子体共振技术在药物分析中的应用前景十分广阔。

表面等离子激元共振技术在传感器中的应用研究表面等离子激元共振技术（SERS）是一种基于表面等离子激元共振效应的检测技术。

SERS技术能够对物质进行高灵敏、高选择性的检测，已经广泛应用于化学、生物、环保等领域。

在传感器中，SERS技术具有广泛的应用前景。

一、SERS技术原理SERS技术的灵敏性和选择性来自于表面等离子激元共振效应。

当光到达具有等离子体共振的金属表面时，激发出表面等离子激元波，这些波能够增强光的散射效应，从而让物质的振动频率得以放大，同时使得物质的电荷极性更加容易被激发。

这样，我们就能够通过光散射的方式，得到物质的吸收光谱，从而实现物质的定量分析，甚至能够检测到微量物质。

二、SERS技术的优势SERS技术相比其他光谱技术，有着更高的检测灵敏度和选择性。

SERS技术能够检测到非常微弱的信号，对化学分析和生物检测都有很大的应用价值。

同时，在制备样品和检测过程中，SERS技术对样品的要求比较宽松，即便是微量样品也能够得到可靠的检测结果。

在实际应用中，SERS技术具有快速、灵敏、实用、可靠等优势。

三、SERS传感器的应用研究SERS技术的高灵敏度和可靠性，使其成为一种重要的传感器技术。

SERS传感器的应用研究主要集中在以下几个方面：（一）环境监测：SERS技术可以检测到空气中的VOCs（挥发性有机物）浓度，掌握环境质量情况，如PM2.5、NOx、SOx、CO等。

（二）食品安全：SERS技术可以检测到食品中有毒有害物质或潜在污染物的含量，如农药、重金属等。

（三）药物检测：SERS技术可以高效准确地检测到药物或生物活性物质的存在，如癌症标志物、DNA、蛋白质结构等。

（四）病毒、细菌检测：SERS技术结合化学、生物反应，可以对特定细胞分子进行定量检测，如检测流感病毒、细菌等。

以上应用中，环境监测和食品安全检测是目前应用最广泛的SERS传感器研究方向。

四、SERS传感器的制备和优化SERS传感器的制备和优化是SERS技术应用研究中的关键环节。

表面等离子共振技术在中医药研究中应用进展作者：***来源：《世界中医药》2020年第11期摘要利用表面等离子共振现象制备的生物传感技术具有无标记、灵敏度高、通量大、特异性强，样品耗损少等优点，在生命科学等众多学科中得到了广泛的关注和应用。

近年来该技术也被运用在不少中医药研究的重要领域。

本文简要介绍了表面等离子共振原理，总结并评述了在中医药新靶标发现、优效小分子寻找等方向的研究进展和前景。

关键词表面等离子共振;中医药;针灸;靶标;生物传感器;机制研究Abstract Biosensor technology based on surface plasmon resonance （SPR） phenomenon has been widely concerned and applied in recent years because of its advantages，such as no labeling，sensitivity，high-throughput，specificity，low sample consumption，etc.In the study of the mechanism of traditional Chinese medicine （TCM），SPR biosensor technology has also been used in many fields in recent years.In this paper，the principle of SPR is briefly introduced.The research progress and prospect in the fields，including the new target discovery of TCM and searching for small molecules with best performance，are summarized and reviewed.Keywords Surface plasmon resonance （SPR）; Traditional Chinese medicine; Acupuncture; Target; Biosensor; Mechanism research中图分类号：R285.5;R2-03文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.11.008随着全国中医药大会召开和《中共中央国务院关于促进中医药传承创新发展的意见》正式发布，我国蓬勃发展的中医药事业也迈入新的历史时期[1]。

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。

表面等离子体共振效应1. 引言表面等离子体共振效应（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种重要的光学现象，发现于20世纪60年代。

它在生物、化学和物理学等领域中广泛应用，特别是在生物传感器、薄膜技术和光电子学中具有重要作用。

本文将从基本原理、应用领域和技术发展等方面对表面等离子体共振效应进行全面详细的介绍。

2. 基本原理表面等离子体共振效应是指当入射光与金属表面的电磁波耦合时，产生一种电磁波在金属-介质界面上的表面等离子体共振现象。

这种现象是由于金属中的自由电子在光场的激励下发生共振震荡而产生的。

具体来说，当入射光与金属表面的电磁波频率与金属中的自由电子共振频率匹配时，会发生共振吸收现象，此时光的能量被转移到表面等离子体上，从而产生共振峰。

3. SPR传感器表面等离子体共振传感器是利用表面等离子体共振效应来实现生物分子的检测和测量的一种技术。

其基本原理是通过将待测生物分子固定在金属表面上，当待测样品与固定在金属表面上的生物分子发生特定的相互作用时，会导致表面等离子体共振曲线的变化。

通过监测并分析共振曲线的变化，可以获得待测样品的相关信息，如浓度、亲和力等。

SPR传感器具有高灵敏度、快速响应、无需标记和实时监测等优点。

它已广泛应用于生物学、医学、环境监测和食品安全等领域。

例如，在生物学研究中，SPR传感器可以用于检测蛋白质相互作用、DNA杂交和细胞表面受体结合等过程。

在医学诊断中，SPR传感器可以用于检测血清中的生物标志物，早期诊断疾病。

4. 表面等离子体共振在薄膜技术中的应用表面等离子体共振在薄膜技术中也有重要应用。

通过调控金属膜的厚度、结构和成分，可以实现对光的吸收、透射和反射等性质的调节。

例如，通过在金属薄膜表面引入微纳结构，可以实现表面等离子体共振的调控，进而实现光的选择性吸收。

这种技术在光电子学和太阳能电池等领域具有广阔应用前景。

5. 技术发展随着纳米科学和纳米技术的迅速发展，表面等离子体共振技术也得到了极大的拓展。

表面等离子体共振原理及其应用李智豪1.表面等离子体共振的物理学原理人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。

1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。

后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。

由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。

1.1 基本原理[1]光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。

等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。

当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。

对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。

金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。

这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场的增强效应等。

表面等离子共振的原理及在生物医学中的应用精神卫生研究所张瀚迪学号：10281335摘要：表面等离子共振技术是近年来迅速发展起来的用于分析生物分子相互作用的一项技术，它利用全反射时入射光可以和金属表面的等离子发生共振的原理，探测生物分子之间是否发生作用以及反应的动力学参数。

该技术目前已广泛应用于免疫学、蛋白质组学、药物筛选、蛋白质与核酸相互作用等各个领域，并获得了许多用其它方法无法得到的动力学数据。

导言：表面等离子共振技术是一项用于分析生物大分子之间的相互作用的技术，它可以定性的判断两分子之间是否有相互作用，比较一种分子与其他几种分子之间相互作用的强弱，也可以实时定量的测定分子间相互作用的亲和力参数（平衡常数）和动力学参数（速率常数），甚至热力学参数（反应的焓）。

该技术是利用了物理光学的原理（下文详述），在研究两分子相互作用时，将一种分子固定在传感片表面，而另一种分子的溶液流过其表面，两种分子的结合会使传感片表面的折射率改变，因此检测两分子间的相互作用。

1983年，瑞典LINKOPING理工学院应用物理实验室Liedberg等人首先把它用于IgG与其抗原相互作用的检测[1]，并由BIAcore公司开发出SPR传感器。

此后SPR传感器的研究与改进迅速发展，其在生物医学中的应用也日益广泛。

表面等离子共振技术的基本物理光学原理：如果光波从光密介质（折射率大）射向光疏介质（折射率小），比如由玻璃射向空气，且入射角大于临界角时，没有折射光产生，入射光全部反射回去，这一现象称为全反射。

全反射时光波在两介质分界面的行为是什么样的呢？深入研究指出，全反射时光波将透入第二介质（光疏介质）很薄的一层表面（深度约为光波的波长），并沿界面流动约半个波长再返回第一介质（光密介质）。

透入第二介质的光波称为倏逝波。

如Fig 1 所示。

倏逝波是一个沿x方向传播的振幅在z方向（垂直于两介质界面的方向）按指数衰减的波。

倏逝波最后仍返回第一介质，总的来说光的能量没有进入第二介质。