表面等离子体共振仪|表面等离子体共振的原理?

表面等离子共振仪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。 传感器的芯片是其最为核心的部件。在SPR技术中必须首先有一个生物分子偶联在传感片上。

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文章目录：

1. 表面等离子共振的表面等离子共振仪器结构及工作原理
2. 表面等离子体共振的原理?
3. 光学分析的表面等离子共振法

一、表面等离子共振的表面等离子共振仪器结构及工作原理

表面等离子共振仪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。 传感器的芯片是其最为核心的部件。在SPR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。

传感芯片又分为三个主要组成部分，分别是光波导耦合器件、金属膜以及分子敏感膜。 任何一对亲和分子，一个（靶分子）被键合在生物传感器表面，另一个（分析物）被置于溶液中。当含有分析物的溶液流经靶分子键合的生物传感器表面时，亲和性复合物生成。

SensiQ配备双通道流动余睁注射分析式微射流系统，内有85nL流动池。SensiQ使用一次性的SPR生物传感器，装卸简便。生物传感器表面包被有单层的羧基化寡聚环氧乙烷（Carboxylated Oligoethyleneoxide）基质，可键合多种余野生物分子，并有效地阻止非特异性结合及变性。靶生物分子的这种既被键合在固相生物传感器表面，又存在于液相中的方式，增进了两种亲和分子间的接触性，同时避免了由于人为因素所造成的动力学分析的复杂化。

SensiQ备有多种键合方案用于改进实验设计，以支持生物分子的附着。最常用的偶联方式是用EDC/NHS进行胺偶联。其它键合方式，例如顺丁烯二酰亚胺-硫醇（Maleimide-thiol），还原胺化，酰肼-醛（Hydrazide-aldehyde），亲和力捕获等，亦可使用。SensiQ双通道检测中的一个通道可用于生成适当的参照曲线。当表面化学物固定好以后，加入最多250 μl的样品，缓冲液流经生物传感器表面时产生竖毁喊稳定的基线。样品注入和计时通过自动化控制完成。通过实验设置向导功能，用户可记录多次注射周期，并具备高重复性。

二、表面等离子体共振的原理?

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<20nm)，粒子可被近似看为处于同相位均匀电场中，表现为简单的偶极子共振模式。大一点的可以看做四极子或八极子或更高阶多级子振动模式。

表面等离子体子共振是一种物理光学现象。它利用光在玻璃与金属薄膜界面处发生全内反射时渗透到金属薄膜内的消失波,引发金属中的自由电子产生表面等离子体子。

金属表面存在大量自由电子，而其他物体表面并不具有大量电子，当光照射到金属表面时，电子受光波作用发生集体共振，这共振就产生表面等离子波。由于连续的金属薄膜电子浓度很高，所以等离子波的振荡频率很大，在10THz左右。

但是对于金属纳米颗粒，由于大量减少了电子数目，其振荡频率可降至可见光范围。但由于金属不再连续，在共振波长增强的电场通过金属/介质界面迅速衰减，因此称为局域，简单来说即非连续造成了局域效应。

表面等离子体共振（SPR）光谱技术是一种测量界面结构的高灵敏度的光学反射技术。它已成为生物传感，生物医学，生物化学，生物制药等领域的结合现象的标准测量技术。

表面等离子体是一种存在电介质常量相反的两种介质（如：金属和绝缘体）界面的电荷密度震荡行为。这种电荷密度波与金属绝缘体界面处存在的边界TM极化电磁波有关。这种波的电场在界面处最大,并舜逝在两种介质中。任何折射率的变化或结合事件都会带来SPR共振的变化。

表面等离子体的激发需要特殊的几何结构。实验证明，简单的反射实验无法激发表面等离子体。SPR共振的等离子体激发的必要条件是光的波矢kx 的投影与某个等离子体匹配。

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三、光学分析的表面等离子共振法

表面等离子共振（SurfacePlasmonResonance，SPR）是一种物理光学性质，它是一种沿着金属和电介质界面传播的电磁波。光以一定的角度入射到界面时，若在界面发生完全内反射，会产生衰减波。若衰减波在金属表面与自由电子耦合，则发生表面等离子体激元共振，光的反射率达到最小，此时的入射角称为表面共振角（SPA）。SPA对与金属表面邻近的介质的折射率的变化很敏感，金属表面邻近介质的折射率不同，SPA就会不同，即使是同种材料的电介质，SPA也会因为电介质在金属表面的量的不同而变化。ssDNA探针在金属表面的固定以及靶序列与探针序列的杂交都会引起金属表面邻近的电介质改变。因此，SPR可用于基因检测。由于表面等离子共振技术可用来测量金属薄膜表面的待测物浓度变化，样品无需预先进行任何标记等前处理，故可用于即时（real-time）分析。

被分析物溶液流过固定有“‘受体’的传感片表面，若发生作用而相互结合则会引起表面物质质量改变，而折射率与质量成正比，所以折射率改变，欲保证SPR发生，共振角也得随折射率改变，改变大小与结合的被分析物质量成正比。因此通过分析共振角，就可以分析分子之间的相互作用。Jordan等利用多层链亲和素/DNA系统放大了核酸杂交的SPR信号。利用RNaseH酶选择性地破坏RNA/DNA双螺旋中的RNA这一特性，Terry等[25]对DNA进行SPR成像检测，将灵敏度放大到1fmol/L。另外，利用纳米金粒子对表面激元共振的增强作用，可以使金标后的DNA检测灵敏度提高1000倍.SPR基因检测的突出优点是可以进行无标记的DNA杂交反应的检测，可以进行原位和实时的在线检测。SPR检测发展。方向一是检测仪器的微型化、集成化，比如TI公司研制的一种TISPR-1型传感器，就是典型的例子；另一方向是SPR的成像研究，为DNA杂交乃至生物反应、分子动力学的研究和测试提供了新的手段。 光学分析可分为非光谱法及光谱法两大类。

非光谱法（或称一般光学分析法） 检测被测物质的某种物理光学性质，进行定量、定性分析的方法。如折射法、旋光法、园二色散法及浊度法等。

光谱法---利用物质的光谱特征，进行定性、定量及结构分析的方法称为光谱法或光谱分析法。按物质能级跃迁的方向，可分为吸收光谱法（如紫外-可见分光光度法、红外分光光度法、原子吸收分光光度法、核磁共振波谱法等）及发射光谱法（如原子发射光谱及荧光分光光度法等）。按年能级跃迁类型，可分为电子光谱、振动光谱及转动光谱等类别。按发射或吸收辐射线的波长顺序，分为Y射线、X射线、紫外线、可见及红外光谱法、微波谱法以及电子自旋共振波谱法、核磁共振波谱法等。按被测物质对辐射吸收的检测方法的差别（在明背景下检测吸收暗线或是在暗背景下检测共振明线）可分为吸收光谱法与共振波谱法两类。按被测物质粒子的类型，可分为原子光谱、分子光谱及核磁共振波谱等。

光学分析方法（optical method of analysis ）---利用物质的光学性质进行化学分析的方法。分3种类型：（1）基于发射原理的有发射光谱化学分析、火焰光度分析、荧光X射线光谱分析、荧光分析、原子荧光谱分析等；（2）基于吸收原理的有比色分析、比浊分析、红外线吸收光谱分析、原子吸收光谱分析等；（3）基于其他原理的还有X射线衍射分析、电子显微镜分析以及偏光分析等。

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