表面等离子共振 (SPR) 技术与Biacore原理
biacore曲线
biacore曲线引言概述：Biacore曲线是一种常用的生物传感技术，用于研究分子间的相互作用。
该技术通过测量分子间的亲和力和动力学参数，为研究蛋白质、抗体和药物等生物分子的相互作用提供了重要的工具。
本文将从三个大点出发，详细阐述Biacore曲线的原理、应用以及优势。
正文内容：1. 原理1.1 表面等离子共振Biacore曲线基于表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）现象。
当光线入射到金属薄膜表面时，与金属表面的电子发生共振，形成表面等离子波。
当有分子吸附到金属薄膜表面时，会改变表面等离子波的传播情况，从而引起光的反射角发生变化。
通过测量反射光的角度变化，可以得到分子与金属表面的相互作用信息。
1.2 生物分子相互作用Biacore曲线利用SPR技术测量生物分子相互作用的动力学参数，如关联（association）和解离（dissociation）速率常数，平衡常数等。
通过将一个分子固定在芯片表面，另一个分子流经芯片表面，可以实时监测两者之间的相互作用。
这种实时监测的优势使得Biacore曲线成为研究分子间亲和力的重要工具。
1.3 曲线分析Biacore曲线的分析通常包括两个步骤：曲线拟合和数据解读。
曲线拟合可以通过不同的模型来实现，常见的模型有Langmuir模型和双指数模型等。
数据解读可以通过计算得到的动力学参数来评估分子间的亲和力和解离速率。
这些参数对于研究药物的相互作用、蛋白质结构和功能等方面具有重要意义。
2. 应用2.1 药物筛选Biacore曲线可以用于药物筛选的初步评估。
通过测量药物与靶蛋白之间的亲和力和动力学参数，可以评估药物的结合能力和稳定性。
这对于药物研发过程中的候选药物筛选和优化具有重要意义。
2.2 抗体研究Biacore曲线广泛应用于抗体研究领域。
通过测量抗体与抗原之间的亲和力和解离速率，可以评估抗体的结合能力和亲和力。
这对于抗体的筛选、优化以及疾病治疗方案的设计具有重要意义。
表面等离子共振技术介绍
SPR仪的结构及工作原理
朱倩 90513126
表面等离子共振技术介绍
Biacore 3000
Biacore Control
工作仪器
表面等离子共振技术介绍
Biacore 3000工作仪器
核心部件： 传感器芯片 液体处理系统 光学系统
其他： LED状态指示器 温度控制系统
表面等离子共振技术介绍
发展简史
1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象 1941年，Fano解释了SPR现象 1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础 1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定 1987年，Knoll等人开始SPR成像研究 1990年，Biacore AB公司开发出首台商品化SPR仪器
2.等离子波
等离子体 等离子体通常是指由密度相当高的自由正、 负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目 几乎相等。
金属表面等离子波 把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运 动的电子气体，这实际上也是一种等离子体。 由于电磁振荡形成了等离子波。
表面等离子共振技术介绍
3.SPR光学原理
表面等离子共振技术介绍
表面等离子共振原理
1. 消逝波 2. 等离子波 3. SPR的光学原理
表面等离子共振技术介绍
1.消逝波
菲涅尔定理： n1 sinθ1 = n2 sinθ2
当光从光密介质 密 入射到光疏介质 时（n1>n2）就 会有全反射现象 疏 的产生。
密
疏
表面等离子共振技术介绍
1.消逝波
密
界面 疏 这表示沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波，这就是消逝波。 全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长的一个深度，再 沿界面流动约半个波长再返回光密介质。光的总能量没有发 生改变。透入光疏介质的光波成为消逝波。 表面等离子共振技术介绍
表面等离子体共振仪器讲解
五、LED状态指示器
在仪器前部面板上有 5个 LED 状态指示器，LED的最显著特点是 使用寿命长，光电转换效能高，分别能够显示仪器不同方面的状态。
六、光源
另外，在光源的选择上，固定波长、改变入射角测量方式的 SPR 装 置多采用 He2Ne 激光器(λ= 63218nm) 作为光源。用激光器作光源， 单色性好，强度高。在部分文献中发光二极管(LED) 也作为 SPR 的光源， 选择的波长多为 760nm。LED 的单色性也较好，且体积小，价格低，使 用寿命长。 采用固定入射角以波长为变量测量方式的 SPR仪器和装置，白炽灯中 的卤钨灯是较适合的光源，因为它在可见光区有连续发射光谱，并具有 足够的强度和稳定性，强度不随波长而改变，使用寿命较长。
1.4、光波导型
光波导型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。
用 SPR 检测器所得的信息可直接来自表面的样品，也可间 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（sensor chip）
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。）
SPR(Biacore)基本原理
Biacore Training
Biacore Training
传感芯片
葡聚糖 CM5
➾ 亲水性 ➾ 用于偶联
连接层 金膜 50 nm
➾ 用于SPR检测
玻璃支持层
• 除了HPA, Au和C1，所有芯片表面均覆盖葡聚糖层
Biacore Training
传感芯片
Biacore Training
1 RU 的响应值等价于芯片表面结合物质的 浓度改变了1 pg/mm2
Biacore Training
微射流卡盘（IFC） 液体传送装置 • 迷你化的组件 • 试剂消耗量低 • 完整的全自动液体处理装置
IFC
(展开图)
液体通道（flow cells）
微射流卡盘– 液体通道（Flow cells） • 不同的Biacore仪器，其IFC的液体通道的类型和
葡聚糖表面
• 亲水性 • 温和型: 和2%浓度的葡聚糖水溶液环境相似 • 非特异性结合量低 • 高结合容量 • 易于进行共价结合 • 出色的化学稳定性
Biacore Training
传感芯片 CM5
• 羧基化的葡聚糖表面 • 最常用的传感芯片 • 卓越的化学稳定性决定了 • 可靠的实验重复性
Biacore Training
• Biacore 的数据
» 传感图（The sensorgram）
SPR 生物传感技术的应用领域 • 生物大分子的相互作用
Biacore Training
SSppeecciiffiicciittyy
KKiinneettiiccss
AAffffiinniittyy
CCoonncceennttrraattiioonn
表面等离子共振SPR技术与Biacore原理
SPR 生物传感技术的应用领域
❖生物大分子的相互作用： ❖肿瘤研究 ❖免疫学和传染病 ❖神经科学 ❖生物制药 ❖蛋白质组学
Biacore可研究的生物分子范围
❖蛋白质 ❖DNA/RNA ❖脂类 /脂质体/ 生物膜 ❖多糖 ❖多肽 ❖小分子 ❖全细胞/病毒/微生物
可分析的对象
Biacore核心组件
表面等离子共振 (SPR) 技术与 Biacore原理
戴璐
表面等离子共振 (SPR)原理
❖ 表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR) ❖ 消逝波：当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大
到某一角度，使折射角达到90°时，折射光将完全消 失，而只剩下反射光，这种现象叫做全反射。 ❖ 当以波动光学的角度 来研究全反射时，人们发现当入 射光到达界面时并不是直接产生反射光，而是先透过 光疏介质约一个波长的深度，再沿界面流动约半个波 长再返回光密介质。则透过光疏介质的波被称为消逝 波。
❖分析物 (Analyte)进样后，以恒定的流速和 浓度流过芯片表面
❖样品中的待分析物与固定在芯片表面上的 配体发生结合，芯片表面物质的质量发生 改变，仪器记录下对应的响应值 (response) 的改变
❖进样结束后，切换缓冲液流过芯片表面， 分析物由配体上自发解离，解离的进程由 响应值实时监控。
(Mechanism) ❖分子结合的温度与热力学特征 (Thermodynamics) ❖目标分子活性含量的检测 (Concentration)
SPR光学组件
微流控系统(IFC)
❖集成化、自动化的微流路控制系统 ❖样品消耗量低 ❖为互相作用分析而设计优化
微流控系统 (IFC)–流动池
❖IFC上有4个流动池 ❖可选择单独、配对、串联使用。 ❖流动池为配对使用进行了优化(Fc1-Fc2,
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。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
01
03
02
04
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。
添加标题
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。
添加标题
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。
biacore 分子互作技术
biacore 分子互作技术BIACORE是当前广泛应用的实时生物分子互作技术平台，可用于研究生物大分子（蛋白质、核酸等）之间的相互作用，包括蛋白质与其配体、抗体与其抗原、细胞受体与配体等。
该技术基于表面等离子共振（surface plasmon resonance, SPR）原理，可以实时、无标记、非抗体依赖地监测生物分子之间的相互作用变化，提供了一种高灵敏度、高时效性的生物分子互作分析手段。
本文将从技术原理、实验步骤、技术优势、应用前景等方面进行介绍。
一、技术原理BIACORE技术的原理基于SPR原理，即当激光光束经过从金属薄膜反射时，会在薄膜表面形成一个等离子体振荡层，也就是表面等离子体共振（surface plasmon resonance, SPR）。
当生物分子（蛋白质、核酸等）在薄膜表面上形成一个复合物时，复合物的质量和厚度影响了表面等离子体振荡层的共振角度和强度，从而导致反射光的强度和反射光的位移发生变化，并且这种变化与复合物的特异性、亲和力等参数相关。
因此，通过测量反射光的强度和反射光的位移变化来分析生物分子之间的相互作用，可以快速、准确地测定它们之间的亲和力、动力学参数等信息。
二、实验步骤BIACORE技术通常需要进行以下步骤：1、表面修饰：制备金属表面，并通过特定的方法进行表面修饰，例如使用一种特定的抗体或者配体。
2、样品注入：待测试的生物分子样品或蛋白质样品通过注射器注入到BIACORE探头的药物集合器内，然后直接进入芯片表面进行检测。
3、实时监测：检测过程需要实时监测反射光的强度和反射光的位移变化，用于分析样品与表面受体之间的结合变化。
4、数据分析：通过数据分析软件，对实验数据进行分析解释，获得生物分子之间相互作用的动力学参数、亲和力等信息。
三、技术优势1、实时监测：该技术能够实时监测分子相互作用过程，避免了传统生化方法（如放射标记法、酶联免疫吸附法等）中间的间歇步骤，从而获得更加准确的结果。
表面等离子共振 biacore 8k
表面等离子共振biacore 8k摘要：一、表面等离子共振技术概述1.定义与原理2.应用与发展历程二、Biacore 8K 仪器简介1.产品背景与研发历程2.主要性能参数3.适用领域与实验应用三、表面等离子共振技术的应用1.生物传感器研究2.药物筛选与开发3.生物分子相互作用研究四、表面等离子共振技术的展望1.技术发展趋势2.潜在应用领域3.我国在此领域的发展现状与挑战正文：一、表面等离子共振技术概述表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种基于金属表面等离子体波的光学检测技术，可以实时、快速地监测生物分子之间的相互作用。
自20 世纪90 年代发展以来，SPR 技术在生物传感、药物研发、生物分子相互作用研究等领域得到了广泛应用。
二、Biacore 8K 仪器简介Biacore 8K 是瑞典Biacore 公司生产的一款表面等离子共振仪器，基于SPR 技术，可以高灵敏度地检测生物分子之间的相互作用。
Biacore 8K 具有以下主要性能参数：1.检测范围：可检测的分子质量范围广泛，从小分子到生物大分子；2.灵敏度：高灵敏度检测，可实现纳摩尔级别的检测限；3.分辨率：高分辨率，可区分分子间的微小差异；4.适用样品：可检测各种生物样品，如蛋白质、核酸、细胞等。
Biacore 8K 适用于生物传感器研究、药物筛选与开发、生物分子相互作用研究等领域。
通过实时监测生物分子之间的结合和解离过程，研究人员可以深入了解生物分子之间的相互作用机制，为药物研发、生物传感器设计等提供重要信息。
三、表面等离子共振技术的应用1.生物传感器研究：利用SPR 技术可以高灵敏度地检测生物分子之间的相互作用，为生物传感器的研发提供重要支持；2.药物筛选与开发：通过SPR 技术，研究人员可以快速地评估药物与靶点的结合情况，从而优化药物结构、提高药效；3.生物分子相互作用研究：SPR 技术可以实时监测生物分子之间的结合和解离过程，为研究生物分子之间的相互作用机制提供重要信息。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LOGO
表面等离子共振 (SPR) 技术与 Biacore原理
表面等离子共振 (SPR)原理
❖ 表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR) ❖ 消逝波：当光从光密介质射入光疏介质，入射角增大
到某一角度，使折射角达到90°时，折射光将完全消 失，而只剩下反射光，这种现象叫做全反射。 ❖ 当以波动光学的角度 来研究全反射时，人们发现当入 射光到达界面时并不是直接产生反射光，而是先透过 光疏介质约一个波长的深度，再沿界面流动约半个波 长再返回光密介质。则透过光疏介质的波被称为消逝 波。
Biacore提供的生物分子相互作用信息：
❖有无结合 (Yes or No) ❖结合的特异性和选择性 (Specificity) ❖两种分子的结合强度 --亲和力 (Affinity) ❖结合和解离的快慢和复合体的稳定性 --动力学
(Kinetics) ❖ 功能复合体形成的参与者、协同者和组装顺序
表面等离子共振 (SPR)原理
❖ 等离子波：把金属表面的价电子看成是均匀正电荷背景下 运动的电子气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等，这 实际上也是一种等离子体。当金属受电磁干扰时，金属内 部的电子密度分布会变得不均匀。因为库仑力的存在，会 将部分电子吸引到正电荷过剩的区域，被吸引的电子由于 获得动量，故不会在引力与斥力的平衡位置停下而向前运 动一段距离，之后电子间存在的斥力会迫使已经聚集起来 的电子再次离开该区域。由此会形成一种整个电子系统的 集体震荡，而库仑力的存在使得这种集体震荡反复进行， 进而形成的震荡称等离子震荡，并以波的形式表现，称为 等离子波。
❖ 30余种不同的试剂盒及缓冲液产品 ： ❖ 氨基偶联试剂盒、巯基偶联试剂盒； GST捕获试剂盒 GST重组蛋白
分析； NTA捕获试剂盒 His 重组蛋白分析；
最常用的传感芯片：CM5传感芯片
Biacore实验的基本流程
分析物和配体的定义
固定配体 (Immobilization)：
样品进样 (Injection)
SPR 生物传感技术的应用领域
❖生物大分子的相互作用： ❖肿瘤研究 ❖免疫学和传染病 ❖神经科学 ❖生物制药 ❖蛋白质组学
Biacore可研究的生物分子范围
❖蛋白质 ❖DNA/RNA ❖脂类 /脂质体/ 生物膜 ❖多糖 ❖多肽 ❖小分子 ❖全细胞/病毒/微生物
可分析的对象
Biacore核心组件
❖ 可以从反射光强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，使反射光完全消失的入射角就 是SPR角。SPR角随金膜表面折射率变化而变化，而折射 率的变化又与金膜表面结合的分子质量成正比。因此可以 通过对生物反应过程中SPR角的动态变化获取分子之间相 互作用的特异信号。
SPR生物传感器
(Mechanism) ❖分子结合的温度与热力学特征 (Thermodynamics) ❖目标分子活性含量的检测 (Concentration)
SPR光学组件
微流控系统(IFC)
❖集成化、自动化的微流路控制系统 ❖样品消耗量低 ❖为互相作用分析而设计优化
微流控系统 (IFC)–流动池
❖IFC上有4个流动池 ❖可选择单独、配对、串联使用。 ❖流动池为配对使用进行了优化(Fc1-Fc2,
❖分析物 (Analyte)进样后，以恒定的流速和 浓度流过芯片表面
❖样品中的待分析物与固定在芯片表面上的 配体发生结合，芯片表面物质的质量发生 改变，仪器记录下对应的响应值 (response) 的改变
❖进样结束后，切换缓冲液流过芯片表面， 分析物由配体上自发解离，解离的进程由 响应值实时监控。
ห้องสมุดไป่ตู้
表面等离子共振 (SPR)原理
❖ SPR光学原理：光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象 时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质 中又存 在一定的等离子波。当两波相遇时可能会发生共振。当消 逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大 幅度地减弱。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波吸收，使反射光的能量急剧减少。
SPR生物传感器
❖ 以免疫学分析为例,在金膜表面固定某种受体(如抗 体),然后流过含相应配体(如抗原)的样品,配体与受 体的结合将使金膜与溶液界面的折射率上升,从而 导致共振角发生变化。为了表述的方便,共振角(或 共振信号)可以用共振单位(resonance units,RU) 来表示。对大多数生物分子而言,1000RU大约等 于1mm2的面积上有1ng的质量变化，相当于溶液 中蛋白浓度为6mg/ml。SPR生物传感器通过检测 获得共振角的改变程度,便可以对配体浓度进行定 量。
Fc3-Fc4)
传感芯片
传感芯片
葡聚糖表面
❖亲水性 ❖温和型: 和2%浓度的葡聚糖水溶液环境相
似 ❖非特异性结合量低 ❖高结合容量 ❖易于进行共价结合 ❖出色的化学稳定性
传感芯片的选择
❖ 11种不同的芯片种类 ❖ CM5, CM4, CM3：芯片 蛋白、肽段、小分子等 ❖ CM7：小分子化合物研究 ❖ SA芯片：生物素标记的分子，如核酸、糖类等 ❖ Biotin CAP芯片：可逆性生物素捕获芯片 ❖ NTA芯片：His重组蛋白 ❖ L1 芯片：模拟脂质双分子层环境 ❖ HPA芯片：实现膜系统相关的互作分析 ❖ C1芯片：研究细胞、病毒等大颗粒分子 ❖ Au裸金芯片：客户定制表面（材料、高分子等）
❖ SPR生物传感器的光源为偏振光(polarized light),传感芯片 (sensor chip)表面镀有一层金膜,实验时,先将一种生物分 子 (ligand) 固 定 在 金 膜 表 面 , 然 后 将 与 之 相 互 作 用 的 分 子 (analyte)溶于溶液(或混合液)流过芯片表面。SPR检测器 能跟踪溶液中的分子与芯片表面的分子结合、解离整个过 程的变化,不同角度的反射光的光强被记录后得到角度-光 强曲线图,每条曲线的波谷即为该曲线的共振角,共振角对 应的角度为共振信号(resonance signal),时间与对应共振 信号的曲线即为SPR传感图(sensorgram)。