第四章 表面等离子体共振技术总结

第四章表面等离子体共振技术

--学习总结通过表面等离子体共振技术的学习，我主要掌握了以下的一些基本知识：

一、金属表面的等离子体振动

表面等离子体振动，其角频率ωs与体积等离子体的不同，它们之间存在以下关系：

则这种特殊表面的等离子体振动的角频率ωms为：Array

二、产生表面等离子体共振的方法

面等离子体波（Surface plasma wave，SPW）

质中逐渐衰减。表面等离子体波是TM极化波，即横波，其磁场矢量与传播方向垂直，与界面平行，而电场矢量则垂直于界面。

在半无穷电介质和金属界面处，角频率为

式中c是真空中的光速，εm和εa分别是金属和电介质的介电常数。表面等离

εm=εmr+iεmi）。金属的εmr/εmi

电磁波在真空中的速度c与在不导电的均匀介质中的速度v之比称为电介质的折射率n：

则：Array

频率为ω

要使光波和

（ka）总是在ω（

从不交叉，即ω（

因此，

要设法移动ω（

的。

场在金属与棱镜的界面处并不立即消失，而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失

kev为：

通过调节θ

共振，有：

由上式可见，若入射光的波长一定，即ωa一定时，ns

条件；若θ0一定时，ns改变，则必须改变ωa

波长λ来实现。此时θ0和λ分别称为共振角和共振波长。

右图为典型的SPR光谱

三、SPR传感器

1、基本原理

表面等离子体子共振的产生与入射光

的角度θ、波长λ、金属薄膜的介电

常数εs及电介质的折射率ns有关，

发生共振时θ和λ分别称为共振角度

和共振波长。对于同一种金属薄膜，

如果固定θ，则λ与ns有关；固定λ，

则θ与ns有关。

如果将电介质换成待测样品，测出共

振时的θ或λ，就可以得到样品的介

电常数εs或折射率ns；如果样品的化

学或生物性质发生变化，引起ns的改

变，则θ或λ也会发生变化，这样，

检测这一变化就可获得样品性质的变

化。

固定入射光的波长，改变入射角，可

得到角度随反射率变化的SPR光谱；同样地，固定入射光的角度，改变波长，可得到波长随反射率变化的SPR光谱。SPR光谱的改变反映了体系性质的变化。

2、基本结构

一般来说，一个SPR传感器的包括：光学系统、敏感元件、数据采集和处理系统。

敏感元件主要指金属薄膜及其表面修饰的敏感物质，用于将待测对象的化学或生物信息转换成折射率的变化，是SPR传感器的关键。从SPR的原理可知，实际上是样品的折射率的变化引起SPR光谱的变化。

4种检测方式：

1.角度调制：固定λin，改变θin

2.波长调制：固定θin ，改变λin

3.强度调制：固定θin 、λin，改变光强

4.相位调制：固定θin 、λin，测相差

3、应用

用SPR可获得的信息：

1.两个分子之间结合的特异性

2.目标分子的浓度

3.结合以及解离过程的动力学参数

4.结合的强度

4、优缺点

优点：1.待测物无需标记

2.适用于混浊、不透明或者有色溶液

3.能实时、连续监测反应动态过程

4.检测方便、快捷

5.应用范围广

缺点：1.难以区分非特异性吸附

2.对温度、样品组成等干扰因素敏感

5.发展动态

提高检测灵敏度

高通量检测（SPR imaging）

与质谱等高分辨仪器联用

敏感器件及测量装置的微型化

表面等离子体共振技术应用十分广泛，以下举例说明：

1、表面等离子体共振技术快速筛检人血清蛋白质表达的方法应用

建立用表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)技术快速筛检大样本人群血清蛋白质表达的方法,并用该法检测塑料垃圾拆解回收工人血清蛋白质是否存在异常表达. [方法]选取国内某地区从事塑料垃圾拆解回收的208名职业工人为暴露人群,生活水平和生活习惯相近且无已知污染源的197名农业人口为对照人群.用SPR技术检测研究对象血清中HSP90、HSP70、HSP60、CYP1A1和XPA蛋白质含量. [结果]人血清HSP90、HSP70、HSP60、CYP1A1和XPA蛋白质均可检出;用磷酸盐蛋白缓冲液(phosphate buffer solution,PBST)以1∶100体积比稀释血清后即可进行检测,检测流速为25μL/min.暴露人群的血清中HSP60、HSP70、CYP1A1蛋白质含量均高于对照人群(P<0.05). [结论]SPR 技术可用于检测大样本人群血清蛋白质的表达,且具有用样量少、高通量、快速、灵敏的优势;从事塑料垃圾拆解回收的工人血清HSP60、HSP70、CYP1A1蛋白质表达量较高,可能与其职业环境中污染物暴露有关.

（网址：/Periodical_ldyx201005004.aspx）

2、表面等离子体共振技术研究肝素对高迁移率族蛋白1与晚期糖基化终产物受体亲合力的影响

测定肝素与高迁移率族蛋1(HMGB1),及其与晚期糖基化终产物受体(RAGE)的亲和力,探讨肝素对HMGB1/RAGE亲和力的影响.用表面等离子体共振技术,实时分析肝素与HMGB1,HMGB1与RAGE的亲和常数,利用其binding analysis分析肝素对HMGB1/RAGE配受体结合的影响.肝素与HMGB1的动力学速率常数ka=1.78×105

L·(mol·s)-1,kd=8.02×10-4·s-1,亲和常数KA=2.22×108L·mol-1,KD=4.5×10-9 mol·L-1;HMGB1与RAGE的动力学常数

ka=1.85×103L·(mol·s)-1,kd=1.81×10-4·s-1,亲和常数

KA=1.02×107L·mol-1,KD=9.77×10-8mol·L-1.肝素与RAGE的亲和力极低.当浓度分别为50,100,1 000,10 000 U·L-1的肝素与HMGBl混合后,后者与RAGE的亲和力下降.上述不同浓度的肝素对HMGB1/RAGE亲和力的影响没有显著差异.结果表明,肝素可与HMGB1结合并影响后者与RAGE的亲和力,该作用并不与肝素浓度呈正相关.

（网址：/Periodical_gpxygpfx200911048.aspx）