表面等离子共振技术(SPR)
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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。
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• 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
• SPR Sensor Chip for Detection of Small Molecules
Using Molecularly Imprinted Polymer with Embedded Gold Nanoparticles（Anal. Chem. 2005, 77, 4282-4285）
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结构为SPR传感器奠定了基础 1982年，Lundström将SPR用于气体的传感（第一次） 1983年，liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定 1987Leabharlann Baidu，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
缺点
难以区分非特异性吸附 对温度等干扰因素比较敏感
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• 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。
环境监测 临床分析
SPR检测
食品工业
蛋白质 组学
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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）
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Figure 1. Schematic representation of AuMIP/MIP-coated SPR sensor chip for detection of an analyte, dopamine.
Figure . Typical SPR curves of the surfaces modified with Au-MIP/MIP gel (1) with Au-MIP/MIP (2)with MIP/MIP (3) with 11-mercaptoundecanoic acid (4) in water
表面等离子体共振技术(SPR)
左焕桢 2013-3-14
Contents
一 、
二 、
三 、
四 、
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SPR的发展 SPR的原理 SPR的应用 总结与展望
一、 SPR的发展
• 表面等离子体共振（Surface plasmon resonance， SPR）是一种物理光学现象，有关仪器和应用技术 已经成为物理学、化学和生物学研究的重要工具。
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Fig. SPR angle shifts at the steady state after 5 injections for different concentrations of Ag from 100 to 1000 ng/mL.
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二、SPR的原理
• 消逝波
当光从光密介质入射到 光疏介质时（n1>n2） 就会有全反射现象的产 生。
n1 sinθ1 = n2 sinθ2
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图中沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波， 即入射光波 的电磁场在反射面不立即消失，而是投射进入光疏介质 一定深度，且振幅在垂直方向呈指数衰减，这种电磁波 叫消失波
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SPR对物质结合检测
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SPR 对 附 着 在 金 属薄膜表面的介 质折射率非常敏 感,当表面介质的 属性改变或者附 着量改变时，共 振角将不同。因 此，SPR能 够 反 映与金属膜表面 接触的体系的变 化。
SPR的应用
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Thank You!
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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。
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• 金属膜 反射率高 化学稳定性好
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GGBP蛋白质检测葡萄糖
间接测量法棱镜型SPR表面结构
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N-乙酰半胱氨酸
GGBP蛋白固定时传感器表面折射率变化图
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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
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。
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• 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
• SPR Sensor Chip for Detection of Small Molecules
Using Molecularly Imprinted Polymer with Embedded Gold Nanoparticles（Anal. Chem. 2005, 77, 4282-4285）
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结构为SPR传感器奠定了基础 1982年，Lundström将SPR用于气体的传感（第一次） 1983年，liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定 1987Leabharlann Baidu，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
缺点
难以区分非特异性吸附 对温度等干扰因素比较敏感
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• 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。
环境监测 临床分析
SPR检测
食品工业
蛋白质 组学
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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）
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Figure 1. Schematic representation of AuMIP/MIP-coated SPR sensor chip for detection of an analyte, dopamine.
Figure . Typical SPR curves of the surfaces modified with Au-MIP/MIP gel (1) with Au-MIP/MIP (2)with MIP/MIP (3) with 11-mercaptoundecanoic acid (4) in water
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一 、
二 、
三 、
四 、
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SPR的发展 SPR的原理 SPR的应用 总结与展望
一、 SPR的发展
• 表面等离子体共振（Surface plasmon resonance， SPR）是一种物理光学现象，有关仪器和应用技术 已经成为物理学、化学和生物学研究的重要工具。
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二、SPR的原理
• 消逝波
当光从光密介质入射到 光疏介质时（n1>n2） 就会有全反射现象的产 生。
n1 sinθ1 = n2 sinθ2
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图中沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波， 即入射光波 的电磁场在反射面不立即消失，而是投射进入光疏介质 一定深度，且振幅在垂直方向呈指数衰减，这种电磁波 叫消失波
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SPR对物质结合检测
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SPR 对 附 着 在 金 属薄膜表面的介 质折射率非常敏 感,当表面介质的 属性改变或者附 着量改变时，共 振角将不同。因 此，SPR能 够 反 映与金属膜表面 接触的体系的变 化。
SPR的应用
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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。
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• 金属膜 反射率高 化学稳定性好
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GGBP蛋白质检测葡萄糖
间接测量法棱镜型SPR表面结构
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N-乙酰半胱氨酸
GGBP蛋白固定时传感器表面折射率变化图
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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