表面等离子体共振仪器讲解.ppt

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1、表面等离子体共振——仪器介绍表面等离子体共振仪就是应用SPR原理检测生物传感芯片（biosensorchip）上配位体与分析物之间的相互作用情况.下面以瑞典的Biacore3000型SPR仪（右图所示）为例，简要介绍这种仪器的构成及工作原理。仪器的主要构造Biacore3000由工作单元和一台安装有BiacoreControl软件的电脑组成。工作单元的核心部件包括光学系统、传感器芯片、液体处理系统三个主要部分。其他的组成部分包括LED状态指示器及温度控制系统等。其中，传感器芯片是最为核心的组件：传感器芯片提供了产生SPR信号的必需物理条件，并且分子相互作用的研究是在传感器芯片表

2、面进行的。一、光学系统其所利用的生物大分子相互作用分析（BiomolecularInteractionAnaylysis）技术是基于表面等离子共振(SPR)的物理光学现象的新型生物传感分析技术.由于其不必使用荧光标记和同位素标记，从而保持了生物分子的天然活性。SPR共振角会随金属薄膜表面通过的液相的折射率的改变而改变，折射率的变化（RU）又与结合在金属表面的生物大分子质量成正比。（具体1000RU的变化表示传感片表1ng/mm的质量变化）因此，BlA技术可以通过对反应全过程中各种分子反射光的吸收获得初始数据，并经相关处理获得结果。用SPR检测器所得的信息可直接来自表面的样品，也

3、可间接来自能与样品特异结合的相关试剂，还可以从粗样品的嘈杂信号中获得微量待测样品的特异性信号。其最低检测下线为pg级(10-12g)。二、传感器芯片（sensorchip）在BIA技术中必须首先有一个生物分子偶联在传感片上，然后用它去捕获可与之进行特异反应的生物分子。将50nm至100nm厚的金膜固定在一块玻璃片上，将此玻璃片嵌在一个塑料平板夹里，用一种折射率与棱镜匹配的聚合物将芯片耦合到玻璃棱镜上，在芯片表面固定一层较容易与其它生物大分子偶联的葡聚糖分子层（使用者也可以根据需要选择非葡聚糖分子层的芯片）而成。（该偶联过程可由仪器全自动控制。）最为核心的部件传感器芯片光波导耦合

4、器件金属膜分子敏感膜1、光波导耦合器件产生SPR现象必须将光波（消逝波部分）与表面等离子体波耦合并使其发生共振，因此需要使用耦合器件。耦合器件棱镜型光栅型光纤型光波导型1.1、棱镜型用于产生衰减全反射的棱镜型装置有Otto结构和Kretschmann结构，二者在结构上的区别主要是棱镜底面与金属膜之间是否存在间隙。Otto型结构对此间隙的取值有严格要求，在制作和使用上都有一定难度，因此应用的比较少；Kretschmann型结构简单，制作容易实现且使用方便，较容易达到很高的灵敏度，因此应用也最为广泛，是SPR传感装置最常用的结构。对于Kretschmann结构来说，由于渐逝波需要穿

5、透金属层，在与被测物接触的表面激发才能产生表面等离子体波，因此对金属膜的厚度有严格的限制。1.2、光栅型在光栅的表面覆盖一层金属膜，金属膜与分析溶液接触，当入射光照射在光栅表面时，反射光将出现散射，如上图，当某一阶(m=0，±1，±2，…)的动量与表面等离子体波的动量相等时，二者发生共振。1.3、光纤型光纤型SPR传感器采用光纤作为光的传输媒介，主要有两种形式：终端反射式和在线传输式，其结构如下图所示。由于光纤的独特性质，加上这种SPR传感器的结构紧凑、小巧，很容易实现微区探测、遥测和分布式检测。目前影响光纤型SPR传感器的主要问题是制作工艺复杂，成本高。1.4、光波导型光波导

6、型SPR传感器的原理与棱镜型十分相似，如下图所示，不同之处在于光波传输的媒介由棱镜变为光波导，在理论上，它可达到的检测精度也与棱镜型的相仿。所谓的光波导是光波传导的材料，能把光束缚在一定区域内传播。光波导型SPR传感器有其自身的优点：光波的传输途径可以人为控制；易于实现微型化；稳定性好等。2、金属膜金属元素的性质各不相同。因此，选择不同种类金属材料作为构成表面等离子体共振的基质膜，将会对SPR光谱产生很大影响。SPR研究的是反射光谱，所以需要在可见光范围内考虑反射率较高的金属，其随波长变化而改变的幅度较小，稳定性要好。故Au膜和Ag膜是SPR中最常使用的两种金属薄膜。从SPR光

7、谱的三个特征参数（共振波长，共振宽度，共振深度）来看，在同样的条件下，银膜的共振波长的变化明显比金膜灵敏，共振深度约大于金膜，共振峰宽明显小于金膜。Au膜的稳定性最好，在SPR中具有重要应用价值，尤其适用于银膜不能使用的体系。金属薄膜的厚度是影响共振深度的重要因素(见右图)。随着膜厚度的增加，共振深度变小，最小反射系数变大；当膜厚度超过一定值时，共振峰将消失。当膜厚在某一数值时，反射光强度近似为零，共振深度达到最大。通过实验，一般选择膜厚度为50nm左右，最多不超过100nm。3、分子敏感膜