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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:544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。

2. 高灵敏度与高特异性

SPR技术具有高灵敏度和高特异性,能够检测到低浓度的生物分子相互作用。

3. 无需标记生物分子

SPR技术不需要标记生物分子,能够保持分子的生物活性,避免了标记带来的潜在影响。

4. 广泛的应用领域

SPR技术在生物、医学、环境、材料等领域的广泛应用,为科研工作者提供了强大的工具,推动了相关领域的发展。

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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