蛋白质组学

SPR(表面等离子体共振)技术

生物传感器是利用附着在传感器界面上的待测生物分子与环境化学物质,或特定分子间专一性的交互作用后产生 感应信号,作为生物分子间交互作用(biomolecular interaction analysis,BIA)的检测装置。
随着微机电及光电技术迅速发展,整合了光机电并应用于生物传感器上,已经开发出不同的研究领域,如:共轭焦镭射扫描荧光显微术 (confocal laser scanning fluorescence microscopy,CLSFM),石英晶体微平衡(quartz crystal micro-balance,QCM),以及表面等离子体共振等。其中SPR技术对界面变化的灵敏度远高于其他检测方法且无须荧光染色标记,已成为最具发展潜力的一项技术之一。自从B.Liedberg在1983年将SPR原理应用于气体成分检测后,以SPR为基础的分析仪,已经成功且广泛的应用于各研究领域。
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,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,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。 在两介质的界面镀上一层很薄的金属薄膜,薄膜厚度在倏逝波进入第二介质深度之内。当一束单频线偏振光以大于全反射临界角的某一角度入射时,如果其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入射光的能量发生共振,这一现象就是表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR),此时的入射角称为共振角。激发表面等离子共振的实质在于光波以倏逝波的形式将能量转移成表面等离子共振波,这时反射光的强度和相位均发生剧烈变化。
SPR 传感器的工作原理: 根据这一原理研制了 SPR 传感器,其工作原理如 Fig2所示。

根据折射光的分析方式不同可分为:共振角度分析系统(目前最常用)、共振波长分析系统、共振强度分析系统(最简单)、共振相位分析系统(最灵敏)、表面等离子体显微术。

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