参比型SPR生物芯片的检测
SPR基本原理应用及进展
SPR(Surface Plasmon Resonance)即表面等离子体共振。
SPR技术是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片上配位体于分析物作用的一种新技术。
一、原理1、基本原理：表面等离子共振是一种物理光现象。
利用光在玻璃界面处发生全内反射时的消逝波，可以引发金属表面的自由电子产生表面等离子体子在入射角或波长为某一适当值的条件下，表面等离体子与消逝波的频率和波数相等，二者将发生共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰(即反射强度最低值)。
当紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时，共振峰位置将不同。
2、消逝波全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长一半的一个深度，在沿界面流动约半个波长在返回光密介质。
光的总能量没发生改变。
透过光密介质的光波成为消逝波。
3、如果把金属的价电子看成是均匀正电荷背景中运动的电子气体，这实际上也是一种等离子气体。
当金属收到电磁干扰时，形成等离子波，金属中电子密度分布会变得不均匀。
金属表面等离子波形成表面等离子体共振的必要条件之一是金属与介质界面的存在。
在金属表面，电子的横向(垂直于表面)运动受到表面的阻挡，因此在表面上形成了电子浓度的梯度分布，并由此形成局限于表面上的等离子体振荡。
Stem和Fam 将此振荡在表面上形成的电子疏密波定义为表面等离子体子(SP)。
4、SPR仪光学原理当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强度会大幅减弱。
能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子体吸收，使得入射光的能量急剧减少。
SPR仪光学原理从图中发射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对的入射角为SPR角。
SPR角随金属表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金属表面结合的分子质量成正比。
这就是SPR对物质结合检测的基本原理。
SPR仪检测原理二、SPR检测的类型（1）直接检测（2）夹心反应（3）替代反应（4）竞争抑制反应（1）直接检测a、操作简单b、相对分子质量>10kDA图1.直接检测原理示意图(2)夹心反应a、相对分子质量>5000Dab、更高的灵敏性及选择性图2. 夹心反应原理示意图（3）替代反应a、可用于检测小分子b、可用于荧光分析c、此类型稀少图3. 替代反应原理示意图（4）竞争抑制反应a、对于小分子待测物具有较高灵敏性b、应用范围广c、可再生图4. 竞争抑制反应原理示意图三、SPR特点1、可进行实时检测2、无需样品标记3、样品用量少4、灵敏度高，应用范围光5、不需对样品进行前处理6、能测量浑浊甚至不透明样品四、SPR的结构SPR仪的结构示意图以Biacore3000为例，Biacore3000的工作单元有：·两个液体传送泵：其中一个泵负责保持稳定流速的液体流过传感芯片表面，另一个泵负责自动进样装置中的样品传送。
表面等离子共振法操作
表面等离子共振法操作简介表面等离子共振法（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种生物传感技术，主要用于研究生物分子间相互作用。
该技术基于金属表面的等离子体共振现象，可以实时监测生物分子的相互作用，具有高灵敏度、高特异性和无需标记等优点。
本文将介绍表面等离子共振法的基本操作流程和实验操作注意事项。
一、实验操作流程1. 表面处理：将金属芯片（一般采用金或银）表面进行处理，使其具有一定的亲和性和稳定性。
处理方法包括化学修饰、生物修饰和物理修饰等。
2. 样品处理：将待测样品或参考样品溶液加入流动液体系统中，通过泵将样品液体送入芯片反应池中。
3. 实时监测：将芯片反应池置于SPR检测仪器中，通过激光束照射芯片表面，观察反射光的变化，实时监测样品与芯片表面之间的相互作用。
4. 数据分析：根据反射光的变化曲线，分析样品与芯片表面之间的相互作用强度、亲和力、动力学参数等。
二、实验操作注意事项1. 实验环境：SPR实验需要在无尘、无振动、恒温的实验室环境中进行，以保证实验结果的准确性和可重复性。
2. 芯片处理：芯片表面的处理方法应根据实验需要进行选择，例如化学修饰可以增加芯片表面的亲和性和稳定性，生物修饰可以在芯片表面固定生物分子，物理修饰可以改变芯片表面的形貌和结构等。
3. 样品处理：样品的浓度、pH值、离子强度等参数应根据实验需要进行调整，以保证实验结果的准确性和可重复性。
4. 参考样品：参考样品应具有与待测样品相似的物理化学性质，以保证实验结果的准确性和可比性。
5. 数据分析：数据分析应根据实验需要进行选择，例如可以使用kinetics软件分析实验数据，得到样品与芯片表面之间的亲和力、动力学参数等。
三、实验应用举例1. 蛋白质相互作用研究：SPR技术可以用于研究蛋白质与蛋白质、蛋白质与小分子化合物之间的相互作用，例如可以研究酶与底物之间的相互作用，或者研究抗体与抗原之间的相互作用等。
表面等离子共振SPR技术与Biacore原理
SPR技术主要应用于生物分子相互作用的研究，而Biacore则更侧重于药物筛选和疫苗开发等领 域。
SPR技术可以实时监测生物分子相互作用，而Biacore则通过固定化生物分子进行检测。
SPR技术适用于多种生物分子，如蛋白质、核酸和糖类等，而Biacore则更适用于蛋白质和多肽 的研究。
SPR技术可以用于研究生物分子的动力学性质，而Biacore则不具备这一功能。
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定义：表面等离子共振（SPR）是一种光学检测方法，用于研究生物分子间的相互作用。
工作原理：当光波的传播方向与表面波矢方向垂直时，表面波的频率与入射光的频率相 等，发生共振。
应用领域：生物分子相互作用、药物筛选、环境监测等领域。
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优缺点：SPR技术 具有高灵敏度和高 特异性，但需要特 殊棱镜和光路设置； Biacore技术具有自 动化和集成化程度 高的优点，但检测
成本较高。
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SPR技术检测灵敏度较高，可以检测到纳摩尔级别的生物分子相互作用。 Biacore技术的检测灵敏度相对较低，可以检测到皮摩尔级别的生物分子相互作用。 SPR技术对生物分子的亲和力敏感，可以用于研究分子间的相互作用机制。 Biacore技术可以对多个分子反应进行同时检测，具有更高的通量。
技术创新：未来，表面等离子共振（SPR）技术将不断进行技术创新，提高检测灵敏度和稳定性，实现更快速、 准确、实时的生物分子相互作用分析。
交叉学科应用：表面等离子共振（SPR）技术将与光学、纳米技术、生物信息学等交叉学科进一步融合，拓展其 在生物医学、环境监测、食品安全等领域的应用。
SPR基本原理应用及进展
SPR(Surface Plasmon Resonance)即表面等离子体共振。
SPR技术是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片上配位体于分析物作用的一种新技术。
一、原理1、基本原理：表面等离子共振是一种物理光现象。
利用光在玻璃界面处发生全内反射时的消逝波，可以引发金属表面的自由电子产生表面等离子体子在入射角或波长为某一适当值的条件下，表面等离体子与消逝波的频率和波数相等，二者将发生共振，入射光被吸收，使反射光能量急剧下降，在反射光谱上出现共振峰(即反射强度最低值)。
当紧靠在金属薄膜表面的介质折射率不同时，共振峰位置将不同。
2、消逝波全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长一半的一个深度，在沿界面流动约半个波长在返回光密介质。
光的总能量没发生改变。
透过光密介质的光波成为消逝波。
3、如果把金属的价电子看成是均匀正电荷背景中运动的电子气体，这实际上也是一种等离子气体。
当金属收到电磁干扰时，形成等离子波，金属中电子密度分布会变得不均匀。
金属表面等离子波形成表面等离子体共振的必要条件之一是金属与介质界面的存在。
在金属表面，电子的横向(垂直于表面)运动受到表面的阻挡，因此在表面上形成了电子浓度的梯度分布，并由此形成局限于表面上的等离子体振荡。
Stem和Fam 将此振荡在表面上形成的电子疏密波定义为表面等离子体子(SP)。
4、SPR仪光学原理当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强度会大幅减弱。
能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子体吸收，使得入射光的能量急剧减少。
SPR仪光学原理从图中发射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对的入射角为SPR角。
SPR角随金属表面折射率变化而变化，而折射率的变化又与金属表面结合的分子质量成正比。
这就是SPR对物质结合检测的基本原理。
SPR仪检测原理二、SPR检测的类型（1）直接检测（2）夹心反应（3）替代反应（4）竞争抑制反应（1）直接检测a、操作简单b、相对分子质量>10kDA图1.直接检测原理示意图(2)夹心反应a、相对分子质量>5000Dab、更高的灵敏性及选择性图2. 夹心反应原理示意图（3）替代反应a、可用于检测小分子b、可用于荧光分析c、此类型稀少图3. 替代反应原理示意图（4）竞争抑制反应a、对于小分子待测物具有较高灵敏性b、应用范围广c、可再生图4. 竞争抑制反应原理示意图三、SPR特点1、可进行实时检测2、无需样品标记3、样品用量少4、灵敏度高，应用范围光5、不需对样品进行前处理6、能测量浑浊甚至不透明样品四、SPR的结构SPR仪的结构示意图以Biacore3000为例，Biacore3000的工作单元有：·两个液体传送泵：其中一个泵负责保持稳定流速的液体流过传感芯片表面，另一个泵负责自动进样装置中的样品传送。
SPRNTA芯片说明书
SPRNTA芯片说明书
1、按照OpenSPRTM仪器标准操作程序安装SPRNTA芯片。
2、开始以最大流速(150µL/min)运行，检测缓冲液
PBS(pH7.4)。
3、达到信号基线后，调整缓冲液的流速到20µL/min。
4、开始激活芯片，取出制备好的咪唑和NiCl2溶液，通过进样口注入，与传感器相互作用5min完成芯片表面功能化，准备配体。
5、用激活缓冲液稀释用于固定的配体，体积为200µL浓度为10-50µg/mL，通过进样口注入相互作用4min。
6、观察基线5min，以确保稳定。
7、通过比较注入配体前后的信号测量配体结合的量。
如果需要更多的配体，可以再次注入配体。
8、配体信号稳定之后，开始注入高浓度的分析物，以确认配体的活性，并确认表面大致的最大结合能力。
9、将流速提高到150µL/min，注入适当的再生缓冲液，以去除分析物。
10、分析物用缓冲液稀释，浓度详见实验结果，并以20µL/min 上样，蛋白与配体结合时间均为240s；自然解离420s。
spr生物分子互作技术
SPR的应用
SPR在生物化学、免疫学、微生物检测、药 物筛选及研发、环境污染的控制、医学诊 断、食品及药物检测、工业遥感等方面都 有广泛的应用。
展望
随着SPR技术成为科研中的一个不可缺少 的部分,SPR生物传感器的应用将更加趋向 多样化,特别是它在小分子检测和脂膜领域 的新兴应用将使其在未来的药物发现和膜 生物学中扮演一个越来越重要的角色。 在这种技术的推动下，新的科研技术和手 段会不断涌现。
共振角
当入射光波长固定时， 反射光强度是入射角的 函数，其中反射光强度 最低时所对应的入射角 称 为 共 振 角 （ SPR angle）
SPR检测原理
SPR对附着在金属薄膜表面的 介质折射率非常敏感,当表面 介质的属性改变或者附着量改变时， 共振角 将不同。因此， SPR谱（共振角的变化vs时间）能够反映与金属膜表面接触 的体系的变化。
Analyzing Biomolecular Interactions
生物分子互作技术
概述
生物分子互作技术(Biomolecular Interaction Analysis) 是基于SPR （Surface Plasmon Resonance）原理的新 型生物传感分析技术。传统的检测生物分子间相互作用的 探针分子和目标分子亲和常数的方法如平衡透析法、光谱 测量法、热量测定法、脱氧核糖核酸酶足迹法等，大多需 要荧光标记或放射性标记。本文将介绍一种应用SPR （Surface Plasmon Resonance）原理检测生物传感芯片 (biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。
Sensor chip 金属膜 分子敏感膜
Krestschmann 棱镜型
反射率高 金属膜 化学稳定性好 50-100nm
表面等离子共振技术SPR综述
表面等离子共振技术（surface plasmon resonance technology, SPR）综述作者：刘闯等来源：北京大学单分子与纳米生物学实验室摘要：SPR技术作为检测，分析生物分子相互作用的有效工具，有些国家已经生产出成熟的商业化的SPR传感系统。
对SPR生物传感器的工作原理，应用领域，最新进展作出阐述，并对其在生物分子检测领域的应用和研究发展前景进行了讨论。
引言：表面等离子共振技术（surface plasmon resonance technology, SPR）是20世纪90年代发展起来的一种生物分子检测技术，是基于SPR检测生物传感芯片（biosensor chip）上配位体与分析物作用的一种前沿技术，在20世纪初，Wood观测到连续光谱的偏振光照射金属光栅时出现了反常的衍射现象，并且对这种现象进行了公开描述。
1941年，Fano用金属与空气界面的表面电磁波激发模型对这一现象给出了解释。
1957年，Ritchie发现，当电子穿过金属薄片时存在数量消失峰。
他将这种消失峰称之为“能量降低的”等离子模式，并指出了这种模式和薄膜边界的关系，第一次提出了用于描述金属内部电子密度纵向波动的“金属等离子体”的概念。
2年后，Powell和Swan用实验证实了Ritche的理论。
随后，Stem和Farrell 给出了这种等离子体模式的共振条件，并将其称为“表面等离子共振技术（surface plasmon resonance , SPR）”。
1968年，Otto和Kretschmann等人研究了金属和介质界面用光学方式激发SPR的问题。
并分别设计了两种棱镜耦合方式。
此后， SPR技术获得了长足的发展。
1990年，国际上第一台商业生产的生物传感器在瑞典的Biocore公司诞生。
实践证明，SPR传感器与传统检测手段比较，具有无需对样品进行标记，实时监测，灵敏度高等突出优点。
所以，在医学诊断，生物监测，生物技术，药品研制和食品安全检测等领域有广阔的应用前景。
南开大学科技成果——表面等离子共振(SPR)生物医学检测系统
南开大学科技成果——表面等离子共振（SPR）生物医学检测系统项目简介表面等离子共振（SPR）生物传感技术是近年来迅速发展起来的用于分析生物分子相互作用的一项技术。
这种检测手段与传统方法比较，具有样品不需要纯化、标记，并且可以实时、动态、高灵敏检测等优点，因此SPR传感器在很多领域具有广阔的应用前景，如疫苗研制、疾病诊断、疾病治疗、药物靶标、药物开发、基因测序、案件侦破、环境检测、食品安检以及兴奋剂检测等。
本项目的目的是研制一种基于SPR技术的光机电一体化系统。
我校于1999年开始从事有关方面的研究，2004年底研制完成了第一套单通道SPR生物医学检测试验系统。
最近几年中，我们针对被广泛采用的棱镜耦合结构SPR传感器存在的不足，课题组在天津市科技攻关培育项目、国家基金及天津市科技支撑计划重点项目的支持下，研制成功基于传感芯片的多通道SPR生物医学检测实验系统。
这种新颖的集成化结构具有明显的技术优势，而且符合SPR传感系统小型化、仪器化的发展趋势，为系统最终产品化奠定了基础。
目前已经完成仪器化，结构设计及操作便利方面还需进一步完善，以便使非专业人员能够完成操作；数据分析算法及软件需要进一步开发，以达到实用化。
技术水平及应用前景所开发的试验系统已经达到了国际先进水平，申请专利两项。
产品化后，可以用于疫苗研制、疾病诊断、疾病治疗、药物靶标、药物开发、基因测序、案件侦破、环境检测、食品安检以及兴奋剂检测等，具有很好的应用及市场前景。
样机首先，一套智能化的SPR生物医学检测分析系统的批量生产成本预计为10万元人民币左右，而国际上同类产品（瑞典BIAcore公司生产）的最低售价为10万美元左右。
可见，SPR生物医学检测分析系统是一种高技术含量、高附加值的产品。
其次SPR生物医学检测分析系统中的传感耦合部件因其进口成本很高，目前还是一种半消耗品，即每完成一次测试后需作再生处理，这样可重复使用几次，然后予以更换；即使这样，单次检测成本也在200元人民币以上。
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参比型SPR生物芯片的检测
1 引言
SPR 生物传感器是上个世纪末期发展起来的新型光学生物传感器，它可以无标记地检测待测物与芯片上固定分子间的结合反应。
SPR 生物传感器可以实时监测芯片表面发生的各种结合、解析反应，已经成为一种成熟的检测生物
分子间相互作用的方法。
灵敏度高是SPR 生物传感器的特点之一，它甚至能测量到由于温度变化而引起的信号变化。
同样温度、溶液浓度等非反应因素的变化也会引起SPR 信号的变化。
这样的过度灵敏性，或者可称为过敏性，有时候甚至会影响我们对
于反应信号的判断。
为了消除这种过敏性就需要进行信号补偿，而信号补偿试
验的进行又很难保证完全重复发生反应时的各种条件，参比型SPR 生物芯片的出现解决了这一问题。
通过参比信号与检测信号的比较，可以很容易地知道SPR 反应曲线的变化是由于生物反应的进行还是由于外界因素的变化而引起的。
2 仪器与芯片
实验中采用的是崔大付课题小组自行研制的单通道双参数参比型SPR 生物传感器(
参比型SPR 生物芯片(
3 实验方法
首先在芯片背面滴一滴香柏油，然后将芯片小心地贴在传感器的棱镜表面，注意在芯片与棱镜间不要有气泡，然后将流通池对准光斑安装好并拧紧。
芯片安装好后，首先向流通池内通入HBS 缓冲液。
角度扫描后在吸收
峰的左侧直线部分选择一点进行定点监测。
定点监测开始后先进行HBS 清洗，。