表面等离子体共振生物传感器研究

表面等离子体共振传感器在生物医学领域的应用

表面等离子体共振传感器，在生物医学领域的应用

表面等离子体共振传感器（Surface plasmon resonance, SPR）是利用金属表面等离子体共振（SP）现象，对于生物分子的相互作用进行实时、无标记、定量的检测技术。其原理基于SP共振，即当入射角和金属表面成特定角度后，光能在金属表面形成SP波，与所检测样品的折射率变化相互作用，导致角度共振位移。因此，SPR技术对于分析生物分子的相互作用具有一定的优势和应用前景。本文将对表面等离子体共振传感器在生物医学领域的应用进行介绍和阐述。

一、基于SPR技术的生物分子检测

SPR技术具有高灵敏度、高选择性、实时性等特点，已经成为生物分子相互作用研究和药物筛选的重要工具。其中最常用的生物分子检测，是抗原-抗体相互作用。抗原-抗体反应是一种非常常见的生物分子相互作用，在医学领域中应用广泛，例如快速检测病原体、检测血型和抗体等。SPR技术能够实时、无标记、定量地检测抗原-抗体反应，不仅可以加速病原体的诊断，而且可以提高药物筛选的效率。此外，SPR技术还可以检测如蛋白质、核酸、药物以及小分子化合物等生物分子，对于生物分子的研究有着重要的意义。

二、基于SPR技术的细胞检测

随着人们对于细胞的研究越来越深入，SPR技术也逐渐应用于细胞的检测。通过基于SPR技术的表面修饰，可以实现单个细胞生长状态及其组成物质的实时检测。当前在细胞领域中SPR技术的应用主要集中在三个方面：

1.细胞-细胞相互作用研究：SPR技术可以研究细胞和细胞之间的黏附、迁移和信号转导。例如，SPR技术可以定量、实时地监测T细胞对肿瘤细胞的黏附，此外还可以研究肿瘤细胞之间的黏附及其与基质间的相互作用。

2.细胞-外部物质相互作用的研究：基于SPR技术的表面修饰，可以研究细胞表面和外部物质之间的相互作用。例如，SPR技术可以研究病原体与宿主细胞之间的相互作用过程。

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 of

Surface Plasmon Resonance

Abstract: 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

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。通过实时监测SPR共振角所反映的生物分子动态结合和解离过程，可以获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等信息。

表面等离子体共振传感器

程玉培 1433591

摘要:表面等离子体子共振(SPR) 技术是一种简单、直接的传感技术。它通过测量金属表面附近折射率的变化, 来研究物质的性质。表面等离子体子共振传感器已经成为生物传感器研究领域的热点。

关键词 表面等离子体子共振 传感器 生物分子间相互作用

前 言

生物化学是运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。化学的核心是化学键，即分子间的相互作用，而要研究生命过程中的各种化学变化，归根到底就是要研究生物分子之间的相互作用。生物分子之间的相互作用是生命现象发生的基础，研究生物分子之间的相互作用可以阐明生物反应的机理，揭示生命现象的本质。近年来，研究生物分子之间相互作用的技术不断出现，其中表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）在生物学以及相关领域的研究应用取得了很大进展，SPR技术可以现场，实时地测定生物分子间的相互作用而无需标记，可以连续监测吸附和解离过程，并可以进行多种成分相互作用的研究。

1 表面等离子体共振传感器概述

1.1 表面等离子体共振传感器简介

表面等离子体子共振( surface plasmon resonance , SPR) 是一种物理光学现象。利用光在玻璃界面处发生全内反射时的消失波, 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, 表面等离子体子与消失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。

1.2 表面等离子体共振传感器研究背景及现状

表面等离了体共振效应的发现可以追溯到上世纪初。关于SPR效应的最早记载是源于1902年Wood发现光波通过光栅后，光频谱出现小区域内的能量损失现象。1941年，Fano针对这一现象根据金属和空气界面上表面的电磁波理论和边界条件进行了详尽的解释。1957年，当高能电了通过金属薄膜时，Ritchie发现能量损耗不仅发生在体积等离了体频率处，在更低频率处也发生了，于是认为这与金属薄膜界面特性有关。1958年，Turbader为了观察SPR现象，对金属薄膜采用光的全反射激励的方法。 1960年，Stern和Farrell首次提出了表面等离