表面等离子体共振生物传感器及其应用

《表面等离子体共振生物传感器及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第２８卷第１期分析科学学报２０１２年２月Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．１ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＮＡＬＹＴＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＦｅｂ．２０１２文章编号：１００６－６１４４（２０１２）０１－０１２６－０７表面等离子体共振生物传感器及其应用张延彪，徐超，姚辉，张肖会，张军，尹洪宗＊（山东农业大学化学与材料科学学院，山东泰安２７１０１８）摘要：表面等离子体共振（ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ，ＳＰＲ）生物传感器在检测生

2、物分子特异性结合方面具有的高灵敏度、免标记及检测快速等优点，使其在过去的２０年中在生命科学、医药科学、食品安全等领域取得了快速发展。本文对ＳＰＲ生物传感器进行了简要介绍，并着重对其在生命科学、医药学、环境分析、食品安全等领域的应用进行了综述，最后对该领域的研究前景进行了展望。关键词：表面等离子体共振；生物传感器；应用中图分类号：Ｏ６５７．１文献标识码：Ａ１引言近三十年来，亲和生物传感器（ＡｆｆｉｎｉｔｙＢｉｏｓｅｎｓｏｒｓ）在生命科学、环境保护、医药学、食品安全等领域［１］［２］的应用取得了快速发展。亲和生物传

3、感器主要由传感器（例如电化学传感器，光学传感器）和生物分子识别系统组成。表面等离子体共振（ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ，ＳＰＲ）生物传感器便是其中的一种光学传感器。由于ＳＰＲ技术具有灵敏度高，免标记，能够实现实时、快速、在线检测等优点，自从１９８２年［３］Ｎｙｌａｎｄｅｒ等首次将ＳＰＲ技术用于免疫传感器领域以来，表面等离子体共振生物传感器便在生命科学、环境科学、药物科学和食品安全等领域得到了深入研究和广泛的应用。本文简要介绍了ＳＰＲ生物传感器的原理及相关仪器的研究进展，重点对ＳＰＲ生物传感器在

4、生命科学、医药科学、食品安全等领域的应用进行了综述，最后对ＳＰＲ生物传感器的发展趋势和应用前景进行了展望。２表面等离子体共振生物传感器基本原理及商业化仪器概况２．１表面等离子体共振生物传感器基本原理表面等离子体共振（ＳＰＲ）是金属薄膜的光学耦合产生的一种物理光学现象，即：一束平面偏振光在一定的角度范围内入射到棱镜中，在棱镜与金属（Ａｕ或Ａｇ）的界面将发生反射和折射，当入射角大于临界角时，光线发生全反射；当入射光的波向量与金属膜内表面电子（称为等离子体）的振荡频率相匹配时，光线既被耦合进入金属膜，引起电子发生共振

5、，即表面等离子［４］体共振。金属表面结合生物分子后将引起ＳＰＲ折射［５］率及入射角的改变（图１），因此可以通过监测ＳＰＲ图１表面等离子体共振生物传感器原理示意图［７］［６］Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅｂｉｏｓｅｎｓｏｒ［７］的变化来研究生物分子相互作用。２．２表面等离子体生物传感器商业化仪器概况［８］Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ实现了光激发表面等离子波（ＳｕｒｆａｃｅＰｌａｓｍｏｎＷａｖｅｓ，ＳＰＷ），为ＳＰＲ生物传感器的收稿日期：２０１０－１２－２７修回日期：２０１

6、１－０７－２５＊通讯作者：尹洪宗，教授，研究方向为光学分析法，纳米材料的分析化学应用及稀土分析．１２６第１期分析科学学报第２８卷商业化奠定了基础。１９９０年，瑞士的ＧＥ公司下属的Ｂｉａｃｏｒｅ公司推出了世界上第一台用于生物分子（蛋［９－１０］ＴＭ白质－蛋白质）相互作用的ＳＰＲ生物传感器Ｂｉａｃｏｒｅ。随后，Ｂｉａｃｏｒｅ公司又推出了能实现直接检测［１１］小分子与蛋白质相互作用的Ｂｉａｃｏｒｅ２０００，具有手动双通道测试系统的ＢｉａｃｏｒｅＸ，灵敏度更高、操作更简单的Ｂｉａｃｏｒｅ３０００，以及针对药物科学推出的

7、ＢｉａｃｏｒｅＳ５１，ＢｉａｃｏｒｅＣ和针对食品科学而推出的Ｂｉａｃｏｒｅ［１２－１７］Ｑ。２００３年Ｂｉａｃｏｒｅ公司对Ｂｉａｃｏｒｅ３０００进行了优化，实现了Ｂｉａｃｏｒｅ３０００与质谱（ＭＳ）的联用，该系［１８－１９］统常被用于食品安全和疾病免疫原性及药物活性检测，２００５年推出ＢｉａｃｏｒｅＴ１００，增加了热力学和动力学参数测定功能。Ｂｉａｃｏｒｅ公司还推出了阵列式ＳＰＲ生物传感器ＢｉａｃｏｒｅＦｌｅｘｃｈｉｐ，该系统目前主要［２０－２２］用于多肽－蛋白质阵列分析。此外，Ｂｉａｃｏｒｅ公司还针对不同的Ｓ

8、ＰＲ生物传感器推出了一系列专用芯［２３］片，欧惠超等对其中五种常用芯片的再生和应用做了详细论述。除Ｂｉａｃｏｒｅ公司外，还有美国的Ｔｈｅｒｍｏ公司、Ｑｕａｎｔｅｃｈ公司和ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司，英国的Ｆａｒｆｉｅｌｄ公司和ＷｉｎｄｓｏｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ公司以及德国的ＢｉｏＴｕｌ公司等多家公司也都在进行ＳＰＲ生物传感器的研制，已有多种型号的系列产品上市。目前，国内还没有