表面等离子体共振实验
表面等离子体共振技术及其在化学中的应用
表面等离子体共振技术及其在化学中的应用表面等离子体共振技术简介表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance）技术是一种能够测定分子间相互作用的实验方法，利用了金属表面的等离子体共振现象，实现了分子间的灵敏检测。
其原理是利用了固体表面上的金属层，通过激光的照射产生等离子体共振，这种共振能使得催化剂与其反应物相结合，从而实现表面分子间的相互作用。
表面等离子体共振技术在化学领域的应用1.酶促反应机理酶促反应是化学领域中常见的反应类型，此类反应具有灵敏性强、反应条件温和、催化效率高等优势，被广泛应用于药物生产、制备化学品等领域。
表面等离子体共振技术的应用可以实现对酶促反应机理的深入研究，为其理论模型的建立和优化提供基础支持，从而提升酶催化反应的效率。
2.生物传感器生物传感器是一种可以灵敏检测生物分子的装置，采用了表面等离子体共振技术的方法可以实现对样品中生物分子的检测和定量测定。
该方法极大地简化了传统生物分析方法的操作流程，极大地提升了检测灵敏度和准确性，适用于生命科学领域中的分子检测、药物筛选等领域。
3.化学反应动力学研究化学反应动力学研究是化学领域中极为重要的研究内容之一，既包括了反应物的生成速率、反应过程中的化学周期等方面。
互补地应用表面等离子体共振技术可以对该类反应进一步探究，更好地理解反应机理、剖析反应速度等关键问题。
4.化学降解物的测定化学降解是工业化学领域中一个重要的问题，如何准确地测量降解降之后的残留物，一直是化学领域中的难点问题之一。
利用表面等离子体共振技术，可以快速有效地检测工业化学反应中产生的化学物质，对降解物的鉴定提供了实验数据的支持。
结语表面等离子体共振技术的应用拓宽了化学领域中分子间相互作用的研究方法。
未来，在技术不断发展壮大的背景下，表面等离子体共振技术的应用前景必将更加广阔。
基于表面等离子体共振技术油水持率传感器的实验研究
＋
ｅ１ Ｓ２
一 ０
（） ２
并且有 ：
ｓ
（ ）一 ＋走 ｉ＝， ＝１ ＝ ２
（ ３ ）
其 中 ｅ一ｅ＋ 为 金属 的复介 电常数 ， ｅ 为介 质 的 介 电常 数 。
由式 （ ） 式 （ ） ２和 ３ 可知 ，Ｐ 的波数 可表 示为 ＳＷ
尼ｓ 一 ｐ ｗ
］
（ ４ ）
图 １ Ｋｒｔｃ ｍａ ｅｓｈ ｎ型表 面等离子 共振传感结构示意图
ｓ ｒ ａ ｅ ｐ ａ ｍｏ ｅ ｏ ａ ｃ ｅ ｓ ｒ ｕ ｆ ｃ ｌｓ ｎ ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｓ ｎ ｏ ｓ Ｆｉ ． Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｅ ｓ ｈ ｎ ｔ ｐ ｇ １ ｃ ｅ ｔ ｄ ａ ｒ ｍ ｆＫｒ ｒ ｃ ｍａ ｙ ｅ ｃ
引 言
在油 田开 发生产 中， 率是 油井生 产 剖 面评 价 的一 个 重要 流 动 参 数 ， 为 优化 油 气 开 采方 案 及 提 高 持 可 原 油采 收率提 供科学 依据 。近年 来 国 内外 部分 大型油 田、 等 院校及 科研 单 位对 油 气水 三 相流 的持 率 问 高 题 开展 了广泛 研究 ， 取得 了卓 有 成 效 的研 究 成果 ， 分 已 商 品 化 。 目前 ， 量 持 率 的方 法 主要 包 括 电 容 部 测
子体共振技术在油 田 测井领域的应用尚未见报道。现提出采用 Ｋ ｅ ｃｒ ｎ ９ ｒ ｓｈ ａ 型［表面等离子体共振传感器 ｔ ｎ ］ 对油水持率进行室内实验研究的新思路 ， 为其在油田测井方面的应用提供前期理论依据。
ｌ 表面等离子体 共振 的原理
Ｋｒ ｓｈ ａ ｅ ｃ ｍ ｎ型表面等离子体共振传感结构如图 １ ｔ 所示 。其传感原理为 ： 当一束 Ｐ偏振光射人棱镜 、 金膜、 环境介质这种三层结构发生全内反射时， 在棱镜与金膜 的界面上存在倏逝波 。其波矢量在 ｚ轴 方 向的分量 为 ：
表面等离子体共振在研究中的应用
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 ofSurface Plasmon ResonanceAbstract: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 online detection.In this paper, the principle of biosensor chip technology of SPR biosensors was briefly described, its application on protein, water quality, toxic gas investigations and disease diagnosis were reviewed, and the mainly research fields of using SPR analyse interaction between protein and protein were stated. Furthermore，the trend of its development in near future has been prospected．Key words: surface plasmon resonance; protein; immunosensor; water quality investigation; toxic gas investigation表面等离子体子共振(surface plasmon resonance，SPR)是一种利用金属薄膜的光学耦合产生的物理光学现象。
材料表面等离子体共振效应研究
材料表面等离子体共振效应研究材料科学与工程领域一直以来都是人们关注的焦点。
在不同研究领域中，表面等离子体共振效应在材料表面特性研究中占据了重要地位。
本文将着重探讨材料表面等离子体共振效应的研究进展和应用前景。
首先，我们需要了解等离子体共振效应的基本概念。
等离子体共振是指当电磁波与金属表面等离子体结合时，能够形成一种共振效应的现象。
具体来说，当光谱从真空射入材料时，光与电子在表面产生相互作用，由此产生的电磁波被界面吸收并迅速转化为热能。
这种共振效应可以用于微纳尺度下的光学器件、传感器和信息存储等领域。
近年来，研究人员在表面等离子体共振效应方面取得了重要突破。
一项关键的发现是，调制表面等离子体共振效应能够实现对光波的有效控制。
通过设计和制备特定的纳米结构，研究人员能够调节共振频率和共振峰宽，从而优化材料的光学性能。
这种调控方法在光学信息记录和微型传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，材料表面等离子体共振效应的研究仍然面临一些挑战。
首先，尽管该效应可在纳米尺度下实现，但设计和制备合适的纳米结构仍然是一项技术难题。
此外，现有的研究方法也无法实现对共振效应的实时观测和精确调控。
为了解决这些问题，研究人员不断努力开展相关研究。
例如，利用先进的电子显微镜技术和光谱分析方法，他们可以直接观察并分析共振效应的发生机理。
这些研究有助于揭示共振效应的原理，并为材料设计和制备提供指导。
除了理论研究，材料表面等离子体共振效应的应用也备受关注。
例如，人们已经开始将该效应应用于表面增强拉曼散射（SERS）技术中。
与传统的Raman技术相比，SERS能够提供更高的灵敏度和分辨率。
这使得SERS在化学分析、生物传感和环境监测等领域具有广泛的应用前景。
通过调控表面等离子体共振效应，研究人员能够实现对SERS信号的增强和调控，从而进一步提高技术的可行性和应用范围。
总结一下，材料表面等离子体共振效应是一个引人注目的研究领域。
通过对这一现象进行深入研究，人们能够更好地理解材料表面的光学特性，并实现对光波的有效控制。
金属纳米粒子的表面等离子体共振效应研究
金属纳米粒子的表面等离子体共振效应研究金属纳米粒子广泛应用于生物医药、化学反应、激光技术等领域。
其独特的性质和表面等离子体共振效应使得其具有明显的应用前景和研究价值。
一、金属纳米粒子的制备方法纳米材料的制备方法多种多样，但主要包括两种，即物理方法和化学方法。
物理方法：1. 筛选法：用过滤和离心技术，在一定范围内筛选出需要的粒径。
2. 等离子体法：通过等离子体的爆发作用和开放式反应室技术制备金属纳米粒子。
化学方法：1. 化学还原法：通过还原剂将离子还原为原子并聚集形成金属纳米粒子。
2. 水相合成法: 用水相合成金属纳米粒子，具有纯度高、环保等优点。
二、金属纳米粒子的表面等离子体共振效应金属纳米粒子的表面具有富余的电子，当光照射到其表面时，这些电子会被激发产生表面等离子体共振效应（SPR）。
SPR 是一种光电子现象，能够使得光与金属之间交换能量并引起强烈的电磁场增强。
该效应是非常敏感的，当微小分子吸附到金属纳米粒子表面时，会引起SPR的变化，从而导致颜色的变化。
三、金属纳米粒子的生物应用1. 生物传感器应用：通过SPR技术，实现针对大分子结构的识别和测量。
2. 生物标记应用：通过将金属纳米粒子表面与生物结合，实现对生物分子的检测和测量。
3. 药物输送应用：将药物包裹在金属纳米粒子表面进行输送，提高药物的稳定性和疗效，减少药物毒性。
四、金属纳米粒子的环境应用1. 水处理应用：通过吸附、还原、光催化、电化学等方式对水中污染物进行去除。
2. 空气净化应用：金属纳米粒子对气体中的有害物质有良好的吸附和分解作用。
3. 吸附剂应用：金属纳米粒子具有良好的表面特性，可以作为吸附剂用于固体废物和污泥的处理中。
五、金属纳米粒子的未来发展随着纳米技术的发展，金属纳米粒子的应用场景将更加广泛和深入，但随之而来的安全性、环境友好性、生物相容性等问题也需要高度重视和研究。
相信通过技术的不断升级和完善，金属纳米粒子将在更多领域发挥着重要的作用，有可能会成为未来的主流材料之一。
表面等离子体共振
表面等离子体共振
表面等离子体子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)是一种物理光学现象。
它利用光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时渗透到金属薄膜内的消失波,引发金属中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与波数相等,二者将发生共振,入射光被吸收,使反射光能量急剧下降,在反射光谱上出现反射强度最低值,此即为共振峰。
紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时,共振峰位置(共振角或共振波长)将不同,据此,可对待测物进行分析。
在金属中，价电子为整个晶体所共有，形成所谓费米电子气。
价电子可在晶体中移动，而金属离子则被束缚于晶格位置上，但总的电子密度和离子密度是相同的，从整体来说金属是电中性的。
人们把这种情况形象地称为“金属离子浸没于电子的海洋中”。
这种情况和气体放电中的等离子体相似，因此可以把金属看作是一种电荷密度很高的低温(室温)等离子体，而气体放电中的等离子体是一种高温等离子体，电荷密度比金属中的低。
表面等离子共振技术(SPR)
SPR检测
食品工业
蛋白质 组学
遗传分析
药物领域
• Clinical immunosensing of tuberculosis (肺结核）CFP10 in patient urine by surface plasmon resonance spectroscopy（ 2011 Elsevier B.V. All rights reserved）
等离子体
指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体， 其中正、负带电粒子数目几乎相等。
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，这实际上也是一种等离子体,由于电磁振 荡形成了等离子波。
• 金属膜 反射率高 化学稳定性好
Thank You!
SPR光学原理
在某个入射角度，光照射到棱镜上与金属膜表面上发生全反 射，从而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。当两波相遇时会发生
共振。
• 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。由于能量从光子转移 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
GGBP蛋白质检测葡萄糖
间接测量法棱镜型SPR表面结构
N-乙酰半胱氨酸
GGBP蛋白固定时传感器表面折射率变化图
四、总结与展望
优点
• 1.可进行实施监测 • 2.无需样品标记 • 3.样品用量少、方便快捷 • 4.灵敏度高，应用范围广 • 5 能测量浑浊甚至不透明样品
表面等离子体共振技术(SPR)
左焕桢 2013-3-14
表面等离子体共振(SPR)薄膜传感器的研究
ｌ 引言
利用表面 等离子 共 振 （ｕ ａｅＰ ｓ ａＲ ｓｎｎｅ 现象 制 Ｓｒ ｃ ｌ ｍ ｅｏａｃ） ｆ ａ 作光薄膜传感器 已引起 人们广泛 的关 注和兴趣 Ｉ 正成 为 ｌ３， Ｊ 传感 器领域 的研究课题 。ＳＲ已成为人们 分析 物质浓 度 （ Ｐ 特 别是气体 ） 的强有力 的工具手段 。 表面等离子共振是一种物理光学现 象 ， 利用 光在金属 玻 璃的分界面处发生的 内全反射时所产 生的消失波 ， 激性 金属 表面 自由电子产生的等离子波 ， 在入射角和 光波长为适 当值 时 ， 面等离子波 的纵 向波矢 和消失 波 的纵 向波矢相 等 ， 表 则 相位 匹配 ， 生共振 。入 射光能 量耦合 到表 面 ， 反射光 光 发 使 强减少 。消失波 的场分 布决定 了其 能量 的大 部分分 布于 金 属表 面的一个 光 波长 以内。 因此 ， 面物 质 的光 学特 性 变 表 化， 对共振产生很大 的影 响。 按光波与 等离 子体 的耦 合方 式 ，Ｐ ＳＲ传 感 器 的三 种 类 型： 棱镜 型 ， 纤 型 和 光 栅 型Ｈ 。本 文利 用 自制 的棱 镜 型 光 Ｊ ＳＲ传感器 ， Ｐ 研究输 出反射 光强 与入 射角 之 间 的关 系 ， 论 讨 金属薄膜厚度 对传 感器灵敏度的影响 。
图 １ 表面等离子共振传感器实验 图
３ 实验装置
本实验是在小 型棱镜 的底 面采 用真 空镀 膜技 术镀 金属 薄膜 ， 金属薄膜分 别为 Ａ 膜 ， 膜 和 Ａ 膜 。薄膜 的厚 度 为 ｌ 鲰 ｕ ５ｎ ０ ｍ。以空气为测 量气 体 ， 种 测量 方法 称为 棱镜 耦合 法。 该 实验原理 图如 图 １ 所示 。棱 镜材 料 的折 射 率为 １５ ６ 入射 ．１ ， 光波长为 ６２ ８ｍ。实验 过程 中 ， ｅ 气 体 被 注入进 样 品池 ３ ．ｎ ＨＳ 中， 在实验 过程中 ， 整个实验 装置旋转 ， 从而 改变入射 光 的入 射角 ， 过分析入射角 与反 射光 强之 间 的关 系 ， 出共 振入 通 找 射角 ， 反射光 功率 用光功率计测量 。
表面等离子体共振及高通量分析仪器通过验收
表面等离子体共振 （Ｐ） ＳＲ及高通量分析仪器采取化学修饰离子选择性渗透的方式，对 体液中常见毒品进行 陕速筛选分析。此项研究主要是建立对苯丙胺类常见毒品及其代谢 物 的系统分析。通过 目的物离子 的选择性渗透、与底物的化学反应和电极 电位 的三 次分 离 ，提 高定性分析的准确度，同时通过 内置工作 曲线法对待测 目的物进行定量分析 ，可 代替国内普遍使用的进 口 试剂盒。
２１年第１ ００ 期
分 析 仪 器
９
表面等离子体共振及高通量分析仪器通过验收
据科技 日报报道 ，刚刚通过公安部科技信息化局组织验收的高灵敏度 的表面等离 子体共振及高通量分析仪器 ，是在纳米技术的基础上结合膜修饰技术的一种新的检测方
法 ，在 国内外毒 品检 测领 域 中 尚未 见 到相 关报道 。
格 ；哈尔滨第一工具制造有限公司等６ 家企业技术中心评价得分在６ 分以下，评价为不合 ０
格 。中 国南 车集 团株 洲车 辆厂 等６ 家企 业技 术 中心未 上报 评价 材料 。
ห้องสมุดไป่ตู้
根据 《 国家认定企业技术 中心管理办法》，对于评价得分在６分至６ 分之 间的通化 ５ ０ 九通药业股份有 限公司等ｌ家企业技术中心给与警告 。对评价不合格的及未上报评价材 ９
扰信 号 出现 ，对 吸毒人 员尿 样检 测全 部 出现 阳性信 号 。
国家发改委公布２ ０ 年国家认定企业技术 中心评价结果 ０９
同家发 展和 改 革委 员会 根据 《 国家 认定 企业 技术 中心 管理 办法 》， 委托 『介 评估 机构 Ｉ 】 对 国家 认定企业 技术 中心 进 行 了评价 ，并将 评价 结 果予 以公布 。 其 中海 尔 集 团 公司 等 １家 企业 技 术 中心得 分 在９ 分 及 以上 ，评 为优 秀 ；烟 台万华 合 １ ０ 成 革 集 团有 限公 司等 ５２ ５ 家企 业技 术 中心 评价 得分 在６ 分 （ ６分 ）至９ 分之 间 ，评为 合 ０ 含 Ｏ ０
光电材料中的局域表面等离子体共振效应研究
光电材料中的局域表面等离子体共振效应研究光电材料中的局域表面等离子体共振效应是目前研究的热点之一。
这一效应是指当纳米结构表面与电磁波相互作用时，表面激发出一种特殊的集体振动状态，即局域表面等离子体共振。
在这种状态下，表面会发生电磁场的放大和聚集效应，从而实现对光的高效捕获和放大，进而提高光电材料的性能。
因此，局域表面等离子体共振效应在光电传感器、太阳能电池、光电器件、表面增强拉曼光谱等领域有广泛应用。
如何实现局域表面等离子体共振效应？对于局域表面等离子体共振效应的实现，最重要的是要通过纳米结构的设计和制备来精确调控其表面形貌和大小，并控制其与光的相互作用。
因此，纳米制备技术和表界面化学成为了此领域的重要研究方向。
在纳米制备技术方面，可通过化学合成、物理蒸发、离子束刻蚀、激光退火等方法制备具有特定形貌、尺寸和结构的纳米结构。
例如，可利用光刻技术在表面形成金纳米线结构，可通过球形微粒的自组装生成具有规则排列的纳米颗粒。
在表界面化学方面，可将表面涂覆上一层特殊的分子，如二十二烷基镓酸盐分子，使纳米结构表面形成亲疏水性区域，从而实现对局域表面等离子体共振的调控。
应用局域表面等离子体共振效应的具体案例1. 光电传感器光电传感器是利用光电效应来检测化学、生物等分子的一种传感器。
当被测量分子与传感器表面结合时，表面等离子体共振现象会使传感器上的光场发生减弱，测量传感器上的减弱程度可反应出被测量分子的浓度和性质。
2. 太阳能电池在太阳能电池中，可利用局域表面等离子体共振效应来增强光吸收和电子输运的效果。
通过在太阳能电池表面涂覆一层金块（或某些金属粒子）使光的吸收面积和效率增加，提高太阳能电池的光电转换效率。
3. 光电器件局域表面等离子体共振在光电器件方面应用广泛，如可用于制造高效光纤、夜视设备、激光器等光电器件。
4. 表面增强拉曼光谱在表面增强拉曼光谱分析中，局域表面等离子体共振可以使激光通过表面时发生大约10^7倍的电场放大，从而可获得高灵敏度的拉曼光谱信号。
表面等离子体共振
03
02
拟合分析
利用数学模型对数据进行拟合，提 取共振角、共振峰宽等信息。
结果比较
将实验结果与理论预测进行比较， 验证理论模型的正确性。
04
实验误差与精度
误差来源
分析实验过程中可能引入的各种误差 来源，如光源稳定性、光学元件的误 差、样品制备误差等。
技术创新
探索新的实验技术，如微纳加工、纳 米压印等，以实现更精细的表面等离 子体共振结构。
跨学科研究的可能性与挑战
可能性
表面等离子体共振涉及物理学、化学、 生物学等多个学科领域，具有广阔的 跨学科研究前景。
挑战
跨学科研究需要不同领域的专家进行 深入合作，克服技术、理论和方法等 方面的障碍。
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在化学领域的应用
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化学反应动力学研究
利用表面等离子体共振技术对化学反应过程中分 子的动态行为进行实时监测，有助于深入了解化 面化学吸附、催 化反应等过程进行研究，有助于发现新的表面化 学现象和反应机制。
纳米材料表征
表面等离子体共振技术可应用于纳米材料的表征， 如纳米粒子的尺寸、形貌和表面性质等。
利用表面等离子体共振技术监测生物分子间的相互作用， 如蛋白质与DNA、抗体与抗原之间的结合，有助于深入了 解生物分子结构和功能。
药物筛选与设计
通过表面等离子体共振技术对药物与靶点分子间的相互作 用进行研究，有助于发现潜在的药物候选物并进行优化设 计。
生物传感器应用
将表面等离子体共振技术应用于生物传感器，可实现生物 样品的高灵敏度检测，如病毒、细菌、蛋白质等。
金属表面等离子体的基本性质
金属表面等离子体
金属表面的自由电子在光、电、磁等外界因素作用下，形成的一 种特殊电磁现象。
如何正确操作表面等离子体共振互作仪
如何正确操作表面等离子体共振互作仪表面等离子体共振互作仪是一种常用于研究生物分子相互作用的仪器。
它基于光学原理，通过检测金属表面上等离子体共振的变化来实时监测样品与生物分子的相互作用过程。
下面将描述一些使用表面等离子体共振互作仪时需要注意的事项。
实验环境：在使用SPR互作仪之前，确保实验室环境稳定，温度适宜且无明显震动或振动。
这有助于获得准确可靠的实验结果。
样品处理：在进行实验之前，对待测样品进行适当的处理和纯化。
移除可能影响实验结果的杂质和非特异性结合物。
试剂选择：选择高纯度的试剂，以确保实验结果的准确性。
使用优质的缓冲液、洗涤液和显色底物，并按照厂家提供的说明正确配置和使用。
质量控制：定期进行仪器的质量控制和校准。
校准光路和检查仪器灵敏度，确保仪器性能正常，并根据需要进行必要的维护和保养。
实验流程：遵循实验操作流程和仪器使用指南。
准确设置实验参数，如流速、温度和时间等。
确保样品和试剂的稳定输入和输出，并尽量减小液体泡沫的产生。
数据分析：对实验数据进行精确的分析和解读。
根据实验目的和研究问题，选择合适的数据处理方法和曲线拟合模型。
确保数据的准确性和可靠性。
清洗和维护：在实验结束后，对仪器进行的清洗和保养。
按照仪器使用手册的指导，清洗流路和检查探测器等部件，以防止交叉污染和仪器故障。
安全注意事项：在使用SPR互作仪时，务必注意实验室安全。
遵循实验室安全规范，正确佩戴个人防护装备，如实验手套和护目镜，以防止意外伤害和化学物品污染。
数据共享和记录：在完成实验后，及时记录实验数据和结果，并妥善保存。
根据需要和政策规定，与合作者共享或发布数据，促进科学研究的交流和进展。
表面等离子体共振实验报告
表面等离子体共振实验报告表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种新兴的生物物理学实验技术，它利用生物分子的相互作用引起光学信号变化的原理，实现了对生物分子之间相互作用的实时监测和定量分析。
本实验主要介绍了SPR技术的基本原理、实验步骤和结果分析。
一、实验原理1、SPR原理SPR技术是建立在一种特殊介质——金属膜上的表面等离子体共振现象基础上的。
当在金属膜表面通过介质（如生理盐水、缓冲液或样品溶液）传递光束时，由于光学介质的折射率不同，光束会发生反射和折射。
在一定条件下，当角度θ满足反射波与表面等离子体波相互干涉的条件时，会出现表面等离子体共振现象（SPR）。
此时金属膜表面的电磁场强度将达到最大值，后继的微小角度变化将引起表面等离子体波强度和位置的变化，从而改变反射光强与入射角度θ的关系。
这种关系可以被记录下来，形成一条SPR曲线。
当样品中的目标分子与另一种生物分子在金属膜表面结合时，目标分子的存在将导致其阻挡反射波与表面等离子体波之间的干涉，从而进一步改变SPR曲线，因此可以通过记录SPR曲线来精确确定生物分子之间的相互作用强度和特异性。
2、SPR实验原理通常SPR实验需要使用一台SPR仪器。
这种设备包括一个光学系统和一个流体系统。
光学系统由一束激光和一个检测器组成，激光发出的光束通过一个棱镜和已有特定介质的金属膜，最终进入检测器接收信号。
流体系统由一个自动进样器和一组泵以及一组温控组件组成，流体系统负责通过SPR芯片的金属膜表面注入样品，并且在观测期间对温度进行有效控制。
当样品流经SPR芯片并与上基质表面结合时，实验者可以通过SPR曲线的变化来确定其结合亲和力和特异性。
二、实验步骤本实验是一个基于SPR技术的生物分子相互作用研究实验，具体步骤如下：1、SPR芯片活化将SPR芯片在流体系统中循环使用混合物（如EDC和NHS）和以乙酰胆碱（Acetylcholine，Ach）为基质的样品溶液，这时导致芯片表面生成一个稳定的酯缩合物，可以在酯缩合物上联结其他分子。
表面等离子体共振技术
目录
• SPR技术概述 • SPR技术的基本原理 • SPR传感器的设计与应用 • SPR技术的优势与局限性 • 实际应用案例分析
01
SPR技术概述
SPR技术的定义与原理
定义
表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）是一种光学检测技术，用于研究光与物质相互作 用时的物理和化学性质。
表面等离子体共振技术需要使用特定 的介质，如金属薄膜，这限制了其在 某些特殊环境中的应用。
成本较高
表面等离子体共振技术需要高精度的 光学设备和材料，导致其成本相对较 高。
对Байду номын сангаас数要求严格
该技术对实验参数要求较为严格，如 角度、波长等，需要精确控制才能获 得准确的结果。
对生物样品适应性有限
表面等离子体共振技术在处理复杂生 物样品时可能受到限制，可能需要进 一步优化和改进。
02
SPR技术的基本原理
表面等离子体的基本概念
表面等离子体
是指金属表面自由电子与光子相互作 用后，电子被激发到高能级，形成的 一种特殊的电磁波。
表面等离子体共振
当入射光波的频率与表面等离子体的 共振频率相同时，会引起强烈的电磁 场增强效应，导致反射光的强度发生 急剧变化。
表面等离子体的激发条件
原理
当光入射到金属表面时，金属中的自由电子会被光子能量激发，形成表面等离子体波。当入射光的频率与表面等 离子体波的频率相匹配时，就会产生共振，导致反射光的强度发生明显变化。
SPR技术的应用领域
生物传感
利用SPR技术检测生物分子间的相互作用，如蛋白质、DNA和细 胞等。
环境监测
检测水、土壤和空气中的有害物质，如重金属、农药和有害气体等。
基于表面等离子体共振的生物分析与检测技术
基于表面等离子体共振的生物分析与检测技术表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）是一种被广泛应用于生物分析和检测的技术。
SPR技术基于金属膜表面的表面等离子体共振现象，当样品与金属膜表面接触时，会改变表面等离子体共振角频率，因此可以通过监测这种角频率变化来获得样品物性和分子间作用信息。
SPR技术具有无需标记、实时监测、高灵敏度和高特异性等优势，在生物研究领域应用广泛。
SPR技术的原理是基于光学显微镜和光学谱学的研究，当金属膜表面有介质波经过时，产生表面等离子体。
这种表面等离子体可以通过检测其角频率来获取化学反应、物理变化等的信息。
典型的SPR实验系统包含一个金属薄膜（通常是50nm厚的金属膜）和一个玻璃基板。
在这个系统中，金属薄膜通常被涂上一层几乎不吸收光的材料，如金或铝，以避免在SPR测量中损失太多的光子。
除了表面等离子体共振技术，现在也有其它的生物分析和检测方法，如酶联免疫吸附实验（ELISA）、基于荧光的技术等。
然而，相比之下，SPR技术有独特的优势。
在ELISA和基于荧光的技术中，需要标记试样分子才能检测到它们的存在，而SPR技术则无需标记，且可以实时监测。
而且，由于SPR技术是基于光学方法的，因此还具有高灵敏度和高特异性等优势。
SPR技术在许多应用中都具有非常广泛的应用前景。
例如，SPR技术可以在生物质谱学研究中用于分析生物分子的相互作用和结构，检测生物分子的浓度等；在化学和材料等领域，SPR技术也可以用于探测化学反应。
此外，在食品、环境、药物开发等领域，SPR技术还可以应用于检测农药残留、水污染物等有害物质，以及药物的研发和药效评价等。
这些应用领域为SPR技术的发展提供了广阔的前景。
总之，表面等离子体共振技术是一种非常有前途的生物分析和检测方法。
随着该技术的不断完善和应用，将会为食品、医疗、环境保护等领域提供更加准确、高效的检测手段，为我们的生活带来显著的改善。
无标记免疫分析——表面等离子体共振检测方法研究
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摘 要 ： 用 表 面 等离 子 体 共 振 生 物 传 感 器 对 磺 胺 嘧 啶及 磺 胺 二 甲 嘧 啶进 行 快 速 无 标 记 检 测 研 究 ， 化 反 利 优
应 条 件 。抗 原 固定 缓 冲 液 ｐ 为 ４２ ４ ８ 抗 体 浓 度 为 １：１０ １：２ ０倍 稀 释 ； 生 液 为 ０ １ｍｏ／ Ｈ ．～ ． ； ０～ ０ 再 ． ＩＬ
Ｈ３ Ｏ 溶 液 ， 生 时 间 为 １ ５ｍｉ。研 究建 立 了标 准 曲线 ， 对 芯 片 的稳 定 性 进 行 了 考 察 。 Ｐ 再 ． ｎ 并
关键 词 ： 面 等离 子 谐 振 ； 胺 嘧 啶 ； 表 磺 磺胺 二 甲 嘧 啶
中 图分 类 号 ： ７ ． Ｒ９８ ２ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０６ ３ （０ ９０ —１８０ １０ —９ １２ ０ ） ２０ ０—５
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利用共振拉曼光谱技术研究表面等离子体共振现象
利用共振拉曼光谱技术研究表面等离子体共振现象随着纳米技术的不断发展，表面等离子体共振成为了一个研究热点。
表面等离子体共振是指当入射光与材料接触后，激发材料表面产生电磁波，在特定角度下，入射光与表面电磁波形成共振，此时，共振能量转化为热能、光能或电荷的过程。
表面等离子体共振现象的研究对于纳米材料的合成、性能优化、化学传感器等领域有着很大的应用价值。
利用共振拉曼光谱技术，可以对表面等离子体共振进行详细的探究。
在共振条件下，分子的激发态十分复杂，共振拉曼光谱技术可以提供分子的振动模式和电子跃迁的信息，因此，可以通过共振拉曼光谱技术探测表面等离子体共振现象。
表面等离子体共振是一种敏感的现象，可以通过光的散射强度来进行探测。
在共振拉曼光谱技术中，可以使用定量原子力显微镜和AFM纳米压痕仪来观测表面等离子体共振现象。
原子力显微镜靠近表面，通过微型排列，可以通过散射强度分析表面等离子体共振现象。
AFM纳米压痕仪则可以在非常小的尺度下进行表面成像，从而更好的观测表面等离子体共振现象。
通过对表面等离子体共振现象的探究，可以得到很多关于材料表面化学性质和电子结构的信息。
例如，利用共振拉曼光谱技术可以测量金属颗粒的大小、形状、排列方式及其相互作用，从而了解其电子结构、催化性能、光学性质等重要性质。
同时，共振拉曼光谱技术还可以应用于化学传感器和生物分析等领域，可以通过对共振频率、散射强度和荧光发射等参数的分析来实现分子识别和检测。
总之，表面等离子体共振是一种非常复杂的现象，利用共振拉曼光谱技术可以对其进行详细的研究，从而更好地了解材料的物理和化学性质。
在未来，共振拉曼光谱技术有望在纳米材料的制备、性能优化、化学传感器等领域得到广泛的应用。
表面等离子体共振技术在蛋白质互作研究中的应用
表面等离子体共振技术在蛋白质互作研究中的应用表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）技术是一种先进的生物传感技术，广泛应用于蛋白质互作研究中。
本文将深入探讨SPR技术在蛋白质互作研究中的应用，旨在帮助读者更好地了解和认识这一技术的价值。
一、SPR技术简介SPR技术是一种实时监测生物分子间相互作用的技术。
其基本原理是利用金属薄膜与光之间的共振现象来检测目标分子的结合事件。
当样品中的目标分子与金属薄膜上的生物分子发生特定的相互作用时，会导致共振角度发生变化，从而可以实时监测到这一过程。
二、SPR技术在蛋白质互作研究中的应用1. 蛋白质与配体的互作研究SPR技术可以实时监测蛋白质与配体之间的互作反应。
通过将配体固定在金属薄膜上，将蛋白质溶液注入检测系统中，可以观察到蛋白质与配体的结合过程。
通过测量共振角度的变化，可以计算出蛋白质与配体的结合亲和力、结合速率等参数，从而深入了解其互作机制。
2. 蛋白质与蛋白质之间的相互作用研究SPR技术还可以用于蛋白质与蛋白质之间的相互作用研究。
通过固定其中一个蛋白质于金属薄膜上，将另一个蛋白质溶液注入检测系统中，可以实时观察到两者的结合情况。
通过测量共振角度的变化，可以判断蛋白质与蛋白质之间是否发生了相互作用，进而研究它们之间的相互作用机制。
3. 蛋白质与药物的相互作用研究SPR技术在药物研究领域中的应用也非常广泛。
通过将药物固定在金属薄膜上，将蛋白质溶液注入检测系统中，可以实时观察到药物与蛋白质之间的结合情况。
通过测量共振角度的变化，可以评估药物与蛋白质之间的亲和力、解离常数等参数，从而为药物研究提供有价值的参考信息。
4. 蛋白质结构与功能研究除了互作研究，SPR技术还可以用于蛋白质结构与功能的研究。
通过将蛋白质固定在金属薄膜上，直接观察其结构变化以及功能改变的过程。
通过测量共振角度的变化，可以研究蛋白质的构象变化，以及其与其他分子间的相互作用对结构与功能的影响。
亲和力测定方法
亲和力测定方法介绍亲和力测定方法是一种用于评估物质间相互作用程度的方法。
它可以帮助科学家们了解分子、细胞和生物体之间的相互作用，从而揭示生物过程的机制。
亲和力测定方法在药物研发、蛋白质相互作用研究和生物工程等领域具有广泛的应用。
亲和力测定方法的种类亲和力测定方法根据测定原理和实验手段的不同，可以分为多种不同的方法。
下面将介绍其中一些常用的亲和力测定方法。
1. 表面等温滴定法（SPR）表面等温滴定法是一种基于光学原理的亲和力测定方法。
它利用光的全反射现象，通过测量光的反射角度的变化来研究物质的相互作用。
在实验中，待测物质被固定在金属薄膜上，然后将另一种物质溶液滴在薄膜上，通过测量反射角度的变化来确定它们之间的亲和力。
2. 表面等离子体共振法（SPR）表面等离子体共振法是一种基于光学原理的亲和力测定方法。
它利用金属薄膜表面的等离子体共振现象，通过测量光的吸收和散射来研究物质的相互作用。
在实验中，待测物质被固定在金属薄膜上，然后将另一种物质溶液注入流动细胞中，通过测量光的吸收和散射来确定它们之间的亲和力。
3. 生物传感器法生物传感器法是一种利用生物传感器来测定亲和力的方法。
生物传感器是一种能够将生物分子的相互作用转化为可测量信号的装置。
在实验中，待测物质被固定在生物传感器上，然后将另一种物质与之接触，通过测量产生的信号来确定它们之间的亲和力。
4. 聚合物链反应法聚合物链反应法是一种利用聚合物链反应来测定亲和力的方法。
在实验中，待测物质被固定在聚合物链上，然后将另一种物质与之接触，通过测量聚合物链的延伸程度或断裂力来确定它们之间的亲和力。
亲和力测定方法的应用亲和力测定方法在许多领域都有广泛的应用。
1. 药物研发亲和力测定方法可以用于评估药物与靶标之间的相互作用。
通过测定药物与靶标的亲和力，可以预测药物的疗效和副作用，从而指导药物的设计和优化。
2. 蛋白质相互作用研究亲和力测定方法可以用于研究蛋白质与其他分子之间的相互作用。
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表面等离子体共振实验
姚付强 2012326690046 应用物理学12（2）班
实验目的：
1. 了解全反射中消逝波的概念。
2. 观察表面等离子体共振现象，研究共振角随液体折射率的变化关系。
3. 进一步熟悉和了解分光计的调节和使用。
实验原理：
当光线从光密介质照射到光疏介质，在入射角大于某个特定的角度（临界角）时，会发生全反射现象。
但在全反射条件下光的电场强度在界面处并不立即减小为零，而会渗入光疏介质中产生消逝波。
若光疏介质很纯净，不存在对消逝波的吸收或散射，则全反射的光强并不会衰减。
反之，若光疏介质中存在能与消逝波产生作用的物质时，全反射光的强度将会被衰减，这种现象称为衰减全反射。
如果在这两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜，那么全反射时产生的消逝波的P 偏振分量将会进入金属薄膜，与金属薄膜中的自由电子相互作用，激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波。
表面等离子体共振原理如图所示。
对于某一特定入射角，消逝波平行于金属(电介质)界面的分量与表面等离子体波的波矢（或频率）完全相等，两种电磁波模式会强烈地耦合，消逝波在金属膜中透过并在金属膜与待测物质界面处发生等离子体共振，导致这部分入射光的能量被表面等离子体波吸收，能量发生转移，反射光强度显著降低，这种现象被称为表面等离子体波共振。
当发生共振时，表面等离子体共振角与液体折射率的关系由以下公式表示
2
2
122
10Re Re )sin(n n
n sp +=εεθ
其中
sp
θ 为共振角，
0n 为棱镜折射率，2n 为待测液体折射率，1Re ε 为金属介电
常数的实部。
实验仪器
表面等离子体共振实验仪器装置如图所示。
主要由分光计、激励光源、偏振片、硅
光电池、光功率计、半圆柱棱镜（内充液体介质）。
实验内容
1. 调整分光计
2. SPR传感器中心调整
3. 测量某一液体的共振角
数据处理
最大光强为126
光强126 121 115 107 97 92 91 83 86 87 88 89 93
1.0 0.96 0.91 0.85 0.77 0.73 0.72 0.66 0.68 0.69 0.70 0.71 0.74 相对光
强
63 65 66.5 68 69.5 71 72.5 73 73.5 74 75.5 77 78.5 入射角
（°）
结果讨论
由图中曲线可知相对光强的最低点所对应的入射角为︒73 ，因此共振角就是︒73 ，再根据
公式可以得出该液体的折射率。
说实话，我们不应该就认为图中曲线相对光强的最低点所对
应的入射角就是共振角，但是我们组所测得的数据比较少，而且画出来的曲线也不好看，真实的曲线应该是二次曲线的样子， 这样得到的液体折射率跟真实的液体折射率之间误差就可能很大。
从如图所示的参考曲线中，我也可以大致得出液体的共振角在︒71 —︒72 之间，
虽然与我们得到的共振角差距比较小，但误差总会有。
如果我们测得的数据更加的多，在共振角附近的入射角取值间隔为0.1度，并且舍弃误差较大的数据，我相信我们可以得到更加接近真实数据的曲线。