表面等离子体共振仪原理及其应用

总结与展望
表面等离子体共振仪器是瑞典Biacore AB公 司在20世纪90年代研制开发的仪器，其以始终保 持生物分子的活性、实时检测、应用范围广、检 测灵敏度高等很多优点广泛应用于生物分子相互 作用的研究。 随着 SPR 技术成为分析生物化学、药物研发 和食物监控领域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 在小分子检测和脂膜领域的新兴应用将使其在未 来的药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要 的角色。
SPR光学原理
从图中反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，对应的入射 角为SPR角。SPR角随金表面折射率变化而变化， 而折射率的变化又与金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
SPR检测分析的类型
• • • • 1.直接检测 2.夹心反应 3.替代反应 4.抑制竞争反应
随着随着sprspr技术成为分析生物化学药物研发技术成为分析生物化学药物研发和食物监控领域中的一个不可缺少的部分和食物监控领域中的一个不可缺少的部分sprspr生物传感器的应用将更加趋向多样化生物传感器的应用将更加趋向多样化特别是它特别是它在小分子检测和脂膜领域的新兴应用将使其在未在小分子检测和脂膜领域的新兴应用将使其在未来的药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要来的药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要的角色
表面等离子体共振仪 原理及其应用
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内容摘要
1.表面等离子体共振技术简介 2.表面等离子体共振技术原理介绍 3.表面等离子体检测分析的类型 4.表面等离子体共振特点及应用 5.实验部分 6.总结与展望
SPR技术简介
表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology，SPR)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 体与分析物作用的一种新技术。
SPR光学原理
我们在前面提到光在棱镜与金属膜表面上发生全 反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而 在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子 波。当两波相遇时可能会发生共振。
SPR光学原理
当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到 的反射光强会大幅度地减弱。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 离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。
图4. 抑制竞争反应原理示意图
SPR特点
• • • • • • 1.可进行实施监测 2.无需样品标记 3.样品用量少 4.灵敏度高，应用范围广 5.不需对样品进行前处理 6.能测量浑浊甚至不透明样品
SPR技术的应用
Surface plasmon resonance biosensor for dopamine using D3 dopamine receptor as a biorecognition molecule
SPR原理介绍
1.消逝波 2.金属表面等离子波 3.SPR的光学原理
消逝波
界面
密 疏
全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长的一 个深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介 质。光的总能量没有发生改变。透入光疏介质的 光波成为消逝波。
金属表面等离子波
把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运动 的电子气体，这实际上是一种等离子体。由于 其电子系统集体振荡形成了等离子波。
Anal. Chem. 2005, 77, 5096-5100
实验内容
图7. Schematic representation of the surface ExoIII process for the amplification of SPR signal by selective removal of DNA probes from the dsDNA microarray. (1) An ssDNA array is exposed to a solution containing target DNA and ExoIII; the target DNA hybridizes to its complementary ssDNA array elements and ExoIII binds to the dsDNA. (2) ExoIII then selectively hydrolyzes the probe DNA strand from the duplex, releasing the target DNA strand back into solution. (3) The released target DNA is then free to bind to another surfacebound ssDNA probe. This cyclic reaction will repeat until all ssDNA probes on the surface are destroyed by ExoIII
直接检测
操作简单
相对分子质量>10kDA
图1. 直接检测原理示意图
夹心反应
图2. 夹心反应原理示意图
相对分子质量 > 5000 Da
更高的灵敏原理示意图
可用于检测小分子
可用于荧光分析 此类型稀少
抑制竞争反应
对于小分子待
测物具有较高灵
敏度 应用范围广 可再生
Abstract
We report here, a new kind of bioaffinity sensor for DA based on surface plasmon resonance (SPR) using a D3 dopamine receptor (DA-RC) as a recognition element. A conjugate of DA was synthesized using bovine serum albumin (BSA) protein. The biosensor was highly specific for DA and showed no significant interference from potent interferences such as ascorbic acid (AA), uric acid (UA) and other DA analogues. Since this biosensor is simple, effective and is based on utilization of natural receptor, our study presents an encouraging scope for development of portable detection systems for in-vitro and invivo measurement of DA in clinical and medical diagnostics.
SPR发展简史
1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象 1941年，Fano解释了SPR现象 1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础 1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定 1987年，Knoll等人开始SPR成像研究 1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器
Enzymatically Amplified Surface Plasmon Resonance Imaging Detection of DNA by Exonuclease III Digestion of DNA Microarrays
Abstract
This paper describes a novel approach utilizing the enzyme exonuclease III in conjunction with 3¢ -terminated DNA microarrays for the amplified detection of singlestranded DNA (ssDNA) with surface plasmon resonance (SPR) imaging. When ExoIII and target DNA are simultaneously introduced to a 3¢ terminated ssDNA microarray, hybridization adsorption of the target ssDNA leads to the direction-dependent ExoIII hydrolysis of probe ssDNA strands and the release of the intact target ssDNA back into the solution. Readsorption of the target ssDNA to another probe creates a repeated hydrolysis process that results over time in a significant negative change in SPR imaging signal.
Biosensors and Bioelectronics 23 (2007) 421–427
实验内容
Material
BSA(金片自主装）
PBS（底液）
EDC- NHS（交联剂）
实验内容
图5.不同浓度DA溶液的SPR信号响应图
实验内容
图6.DA在与AA UA及DA类似物共存时检测
结论
We have demonstrated a new SPR biosensing method for detection of DA using DA-RC as a biorecognition element. The biosensor is simple and showed remarkable sensitivity for DA detection with good reproducibility and reliability. The conjugate immobilized biosensor surface was highly stable and could be used for multiple analyses by simple regeneration process. The high affinity molecular recognition of the DA-RC provided remarkable specificity for DA against AA, UA and other DA analogues. The present biosensing system does not require separation or labeling of the reagents. The results can be obtained in minutes and the sensing procedure is automated for high-through put screening.