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理解光學表面等離子共振（SPR）技術

來源：時間：2024-02-02 10:02:03 瀏覽：2852次

理解光學表面等離子共振（SPR）技術

光學表面等離子共振（Surface Plasmon Resonance，簡稱SPR）技術是一種基于光學原理的生物傳感技術，能夠?qū)崟r監(jiān)測生物分子間的相互作用；自從20世紀90年代以來，SPR技術得到了廣泛關注和迅速發(fā)展，已成為生物科學研究和醫(yī)療檢測領域的重要工具之一。

一、基本原理

1. 表面等離子體共振現(xiàn)象

當入射光以一定角度照射到金屬表面時，金屬中的自由電子會與光場相互作用，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?，并與入射光波長相近，當入射光的頻率與表面等離子體的頻率相匹配時，會發(fā)生共振現(xiàn)象，即表面等離子體振蕩的振幅達到最大；這種共振現(xiàn)象就是表面等離子體共振。

2. SPR傳感器的結構

SPR傳感器主要由光源、光學系統(tǒng)、金屬膜表面、生物分子配體以及檢測器組成；光源發(fā)出的光經(jīng)過光學系統(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，當與分析物分子相互作用時，會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；檢測器用于檢測共振角度的變化，從而得到有關生物分子相互作用的信息。

3. SPR技術的信號檢測

SPR技術的信號檢測通常采用差分檢測方式；當入射光以一定角度照射到金屬膜表面時，一部分光在金屬膜表面發(fā)生全反射，另一部分光進入金屬膜內(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，會相互干涉產(chǎn)生干涉條紋，當生物分子配體與分析物分子相互作用時，會引起金屬膜表面的折射率變化，從而改變干涉條紋的對比度，通過檢測這種對比度的變化，可以得到有關生物分子相互作用的詳細信息。

二、技術應用

1. 生物分子相互作用研究

SPR技術廣泛應用于檢測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技術不需要標記生物分子，可以保持分子的生物活性，因此被廣泛應用于研究生物分子的結構、動力學以及熱力學性質(zhì)。

2. 生物醫(yī)學研究

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

3. 環(huán)境監(jiān)測與食品安全檢測

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

4. 材料科學研究

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. 實時監(jiān)測生物分子相互作用

SPR技術能夠?qū)崟r監(jiān)測生物分子間的相互作用，為研究生物分子的動態(tài)過程提供了有力的工具；這對于理解生物分子間的相互作用機制、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。