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理解光學(xué)表面等離子共振（SPR）技術(shù)

來源：時(shí)間：2024-02-02 10:02:03 瀏覽：1872次

理解光學(xué)表面等離子共振（SPR）技術(shù)

光學(xué)表面等離子共振（Surface Plasmon Resonance，簡(jiǎn)稱SPR）技術(shù)是一種基于光學(xué)原理的生物傳感技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)生物分子間的相互作用；自從20世紀(jì)90年代以來，SPR技術(shù)得到了廣泛關(guān)注和迅速發(fā)展，已成為生物科學(xué)研究和醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域的重要工具之一。

一、基本原理

1. 表面等離子體共振現(xiàn)象

當(dāng)入射光以一定角度照射到金屬表面時(shí)，金屬中的自由電子會(huì)與光場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生一種稱為表面等離子體的振蕩模式，這種振蕩模式是一種電磁波，它在金屬表面?zhèn)鞑?，并與入射光波長(zhǎng)相近，當(dāng)入射光的頻率與表面等離子體的頻率相匹配時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，即表面等離子體振蕩的振幅達(dá)到最大；這種共振現(xiàn)象就是表面等離子體共振。

2. SPR傳感器的結(jié)構(gòu)

SPR傳感器主要由光源、光學(xué)系統(tǒng)、金屬膜表面、生物分子配體以及檢測(cè)器組成；光源發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，以一定角度照射到金屬膜表面，金屬膜表面的自由電子與光場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生表面等離子體振蕩，生物分子配體固定在金屬膜表面，當(dāng)與分析物分子相互作用時(shí)，會(huì)引起金屬膜表面的折射率變化，從而改變表面等離子體共振的共振角度；檢測(cè)器用于檢測(cè)共振角度的變化，從而得到有關(guān)生物分子相互作用的信息。

3. SPR技術(shù)的信號(hào)檢測(cè)

SPR技術(shù)的信號(hào)檢測(cè)通常采用差分檢測(cè)方式；當(dāng)入射光以一定角度照射到金屬膜表面時(shí)，一部分光在金屬膜表面發(fā)生全反射，另一部分光進(jìn)入金屬膜內(nèi)部與自由電子相互作用，產(chǎn)生表面等離子體振蕩；這兩種光在金屬膜內(nèi)部相遇時(shí)，會(huì)相互干涉產(chǎn)生干涉條紋，當(dāng)生物分子配體與分析物分子相互作用時(shí)，會(huì)引起金屬膜表面的折射率變化，從而改變干涉條紋的對(duì)比度，通過檢測(cè)這種對(duì)比度的變化，可以得到有關(guān)生物分子相互作用的詳細(xì)信息。

二、技術(shù)應(yīng)用

1. 生物分子相互作用研究

SPR技術(shù)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)生物分子間的相互作用，如蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與DNA、蛋白質(zhì)與藥物等；由于SPR技術(shù)不需要標(biāo)記生物分子，可以保持分子的生物活性，因此被廣泛應(yīng)用于研究生物分子的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)以及熱力學(xué)性質(zhì)。

2. 生物醫(yī)學(xué)研究

通過監(jiān)測(cè)表面等離子體共振的變化，可以實(shí)時(shí)觀察到細(xì)胞膜上的生物分子相互作用，如受體與配體的結(jié)合事件；這為研究細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、疾病發(fā)生機(jī)制以及藥物作用提供了有力的工具。

3. 環(huán)境監(jiān)測(cè)與食品安全檢測(cè)

通過檢測(cè)金屬表面附近的化學(xué)物質(zhì)濃度變化，可以監(jiān)測(cè)環(huán)境污染物的排放情況；通過檢測(cè)食品中的有害物質(zhì)，可以保障食品安全。

4. 材料科學(xué)研究

通過研究材料表面的生物分子相互作用，可以開發(fā)出新型生物材料，如藥物載體、生物傳感器等。

三、重要性

1. 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物分子相互作用

SPR技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)生物分子間的相互作用，為研究生物分子的動(dòng)態(tài)過程提供了有力的工具；這對(duì)于理解生物分子間的相互作用機(jī)制、揭示疾病發(fā)生發(fā)展過程以及發(fā)現(xiàn)新型藥物具有重要意義。

2. 高靈敏度與高特異性

SPR技術(shù)具有高靈敏度和高特異性，能夠檢測(cè)到低濃度的生物分子相互作用。

3. 無需標(biāo)記生物分子

SPR技術(shù)不需要標(biāo)記生物分子，能夠保持分子的生物活性，避免了標(biāo)記帶來的潛在影響。

4. 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

SPR技術(shù)在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、材料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為科研工作者提供了強(qiáng)大的工具，推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

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