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表面等离子体共振原理表面等离子体共振技术

睿知经验知识

表面等离子体共振原理的基础上，研制成功一种新型电子显微镜 。该显微镜可以观察细胞内的各种结构，包括细胞膜、细胞核、细胞质、细胞核周围的分子等 。这这种新型显微镜的优点是：结构简单，操作方便，成本低廉，适用范围广 。但缺点是：由于光源发出的光线不能穿透细胞膜，所以只能观察一些微小的的细胞内部结构，而不能观察到整个细胞的全貌 。这就限制了它的应用范围 。
一：表面等离子体共振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 。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，使反射光的能量急剧减少 。
可以从左侧的反射光强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θ为SPR角 。电子吸收光能量，从而使反射光强在一定角度时大大减弱，其中是反射光完全消失的角就是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 。因此可以通过对生物反应过程中SPR角的动态变化获取生物分子之间相互作用的特异信号 。
表面等离子共振（SPR）是一种光学现象，可被用来实时跟踪在天然状态下生物分子间的相互作用 。这种 *** 对生物分子无任何损伤，且不需任何标记物 。
先将一种生物分子（靶分子）键合在生物传感器表面，再将含有另一种能与靶分子产生相互作用的生物分子（分析物）的溶液注入并流经生物传感器表面 。生物分子间的结合引起生物传感器表面质量的增加，导致折射指数按同样的比例增强，生物分子间反应的变化即被观察到 。这种反应用反应单位（RU）来衡量：1
RU
=
1pg
蛋白/mm2
=
1
x
10-6
RIU（折射指数单位） 。
分析物在被注入的过程中，由对流和扩散流经相互作用表面而与靶分子形成复合物，导致分析物浓度改变 。微射流系统内nL数量级流动通道的应用，使得这种浓度的改变降至最低点，以确保高传质系数（Mass
Transport
Coefficient，km） 。为保证分析物的传质性不被限制，键合在生物传感器表面的靶分子浓度必须较低 。当分析物被注入时，分析物-靶分子复合物在生物传感器表面形成，导致反应增强 。而当分析物被注入完毕后，分析物-靶分子复合物解离，导致反应减弱 。通过结合式相互作用模型拟合这种反应曲线，动力学常数便可被确定 。而非特异性结合和总折射指数移相等效应则可通过参照曲线减除功能予以驱除 。
表面等离子共振已经在商业化的检测仪器中应用 。目前最广泛使用的是Biacore
Life
Sciences公司生产的Biacore系列 。Biacore
Life
Sciences现已被General
Electric收购 。其它表面等离子共振的商业仪器还有例如ICx的SensiQ等 。
SensiQ的SPR生物传感器运用了Texas
Instruments公司研发的光学传感器设计，以及Kretschmann
SPR几何学构建，灵敏度高，光学静稳 。生物传感器一次性使用，其羧基化表面适合于多种优化键合方案 。生物传感器的安装快捷，几秒钟便可完成，使用也非常简便 。功能化的生物传感器即便在储存一段时间后仍可继续使用 。
SensiQ的双通道nL数量级的流动池设计，利于实时的参照曲线减除，并保证分析物在生物传感器的相互作用表面具有高传质性（Mass
Transport） 。
二：表面等离子体共振效应表面等离子波是在平行与金属/介质界面的方向上传播，而在垂直方向上是迅速衰减的，所以也可以说在垂直方向是局域的 。这种情况下与纳米粒子是一样的，纳米粒子的等离子共振其实就是局域表面等离子共振 。根据Mie理论，当颗粒尺寸较小时(2R

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