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理解光学表面等离子共振（SPR）技术

来源：时间：2024-02-02 10:02:03 浏览：2050次

理解光学表面等离子共振（SPR）技术

光学表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）技术是一种基于光学原理的生物传感技术，能够实时监测生物分子间的相互作用；自从20世纪90年代以来，SPR技术得到了广泛关注和迅速发展，已成为生物科学研究和医疗检测领域的重要工具之一。

一、基本原理

1. 表面等离子体共振现象

当入射光以一定角度照射到金属表面时，金属中的自由电子会与光场相互作用，产生一种称为表面等离子体的振荡模式，这种振荡模式是一种电磁波，它在金属表面传播，并与入射光波长相近，当入射光的频率与表面等离子体的频率相匹配时，会发生共振现象，即表面等离子体振荡的振幅达到最大；这种共振现象就是表面等离子体共振。

2. SPR传感器的结构

SPR传感器主要由光源、光学系统、金属膜表面、生物分子配体以及检测器组成；光源发出的光经过光学系统聚焦后，以一定角度照射到金属膜表面，金属膜表面的自由电子与光场相互作用，产生表面等离子体振荡，生物分子配体固定在金属膜表面，当与分析物分子相互作用时，会引起金属膜表面的折射率变化，从而改变表面等离子体共振的共振角度；检测器用于检测共振角度的变化，从而得到有关生物分子相互作用的信息。

3. SPR技术的信号检测

SPR技术的信号检测通常采用差分检测方式；当入射光以一定角度照射到金属膜表面时，一部分光在金属膜表面发生全反射，另一部分光进入金属膜内部与自由电子相互作用，产生表面等离子体振荡；这两种光在金属膜内部相遇时，会相互干涉产生干涉条纹，当生物分子配体与分析物分子相互作用时，会引起金属膜表面的折射率变化，从而改变干涉条纹的对比度，通过检测这种对比度的变化，可以得到有关生物分子相互作用的详细信息。

二、技术应用

1. 生物分子相互作用研究

SPR技术广泛应用于检测生物分子间的相互作用，如蛋白质与蛋白质、蛋白质与DNA、蛋白质与药物等；由于SPR技术不需要标记生物分子，可以保持分子的生物活性，因此被广泛应用于研究生物分子的结构、动力学以及热力学性质。

2. 生物医学研究

通过监测表面等离子体共振的变化，可以实时观察到细胞膜上的生物分子相互作用，如受体与配体的结合事件；这为研究细胞信号传导、疾病发生机制以及药物作用提供了有力的工具。

3. 环境监测与食品安全检测

通过检测金属表面附近的化学物质浓度变化，可以监测环境污染物的排放情况；通过检测食品中的有害物质，可以保障食品安全。

4. 材料科学研究

通过研究材料表面的生物分子相互作用，可以开发出新型生物材料，如药物载体、生物传感器等。

三、重要性

1. 实时监测生物分子相互作用

SPR技术能够实时监测生物分子间的相互作用，为研究生物分子的动态过程提供了有力的工具；这对于理解生物分子间的相互作用机制、揭示疾病发生发展过程以及发现新型药物具有重要意义。