表面等离子共振技术介绍

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。
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3.SPR光学原理
可以从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。
2.等离子波
等离子体 等离子体通常是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。
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3.SPR光学原理
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Biacore 3000核心部件
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Biacore 3000的光学系统
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Biacore 3000传感器基本结构
1. 光波导耦合器件 2. 金属膜 3. 分子敏感膜
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传感芯片——光波导耦合器件
Krestschmann棱 镜型
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SPR仪的结构及工作原理
朱倩 90513126
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Biacore 3000
Biacore Control
工作仪器
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Biacore 3000工作仪器
核心部件： 传感器芯片 液体处理系统 光学系统
其他： LED状态指示器 温度控制系统
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SPR用途简介
实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分 子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受 体—配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医 疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法 医鉴定等领域具有广泛的应用需求。
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Ag、Au
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Ag膜、Au膜的比较
金膜(实线) 和银膜(虚线) SPR 光谱理论值
恒定波长, 反射系数与入射角度关系 波长: 1 和2 为750nm,3 为600nm,
4 为500nm
恒定入射角度, 反射系数与波长关系 入射角度: 1 为80Ü, 2 为70Ü, 3 为72Ü, 4 为6815Ü,5 为6515Ü
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Biacore 3000液体处理系统
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Biacore 3000的LED状态指示器
LED（light-emitting diode）
Ready：亮/灭 Error：亮/灭 Temperature：稳定/闪
烁
Sensor Chip：稳定/闪
烁
Run：亮/灭
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
表面等离子共振原理
1. 消逝波 2. 等离子波 3. SPR的光学原理
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1.消逝波
菲涅尔定理： n1 sinθ1 = n2 sinθ2
当光从光密介质 密 入射到光疏介质 时（n1>n2）就 会有全反射现象 疏 的产生。
密
疏
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1.消逝波
密
界面 疏 这表示沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波，这就是消逝波。 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。 表面等离子共振技术介绍
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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(biosensor chip)上配 位体与分析物作用的一种新技术。
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3.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。
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3.SPR光学原理
Baidu Nhomakorabea
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
Otto棱镜型
光纤在线传输式
光栅型
光纤终端反射式
金属膜 分子敏感膜
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棱镜型装置工作原理
(a) Otto 型
(b) Kretschmann 型
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光纤型光波导耦合器
在线传输式SPR 光纤传感器
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光纤型光波导耦合器
终端反射式SPR 光纤传感器
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SPR的响应模式
n1 sinθ1 = n2 sinθ2 因为 sinθ2 = 1 所以 sinθ1 = n2/n1
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SPR的检测模式
直接检测： 适用于大分子 （>1000 Da）
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SPR的检测模式
抑制模式： 将待测小分子 固定在传感器 表面，在样品 中加入过量对 应大分子。
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光栅型光波导耦合器
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光源
He2Ne激光器 LED 白炽灯——卤钨灯
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传感芯片——金属膜
反射率高 化学稳定性好 厚度合适
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金属材料的选择
1、可见光范围内反射率较高： Ag、Al 、Au 、Cu
2、化学稳定性好 Ag、Al、Au、Cu
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金属膜厚度对SPR 谱的影响
λ= 63218nm 介质为水( n = 1.333) 棱镜折射率为1.515
50nm
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传感芯片——分子敏感膜
成膜方法： 1. 金属膜直接吸附法 2. 共价连接法（生物素-亲和素、葡聚糖
凝胶、水凝胶、高分子膜、多肽等） 3. 单分子复合膜法 4. 分子印膜技术