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		表面等離子體共振生物傳感器

　　表面等離子體共振（SPR）是一種物理現(xiàn)象，第一次在20世紀(jì)50年代調(diào)查。今天，SPR是，可用于生物傳感器的測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)。商業(yè)SPR儀器，讓研究人員能夠測(cè)量結(jié)合事件發(fā)生的幾納米金表面以上。這種儀器的分辨率可以檢測(cè)分子變化是分鐘20皮克綁定平方毫米以上。用于這種測(cè)量的應(yīng)用范圍，包括在蛋白質(zhì)組學(xué)研究，藥物發(fā)現(xiàn)，抗體的分離，DNA雜交，和污染監(jiān)控。本文將討論，SPR是如何工作的，商業(yè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的變種，和潛在的應(yīng)用SPR技術(shù)miniaturizes。

　　SPR工作如何？表面等離子激元是由入射的光被激發(fā)的薄導(dǎo)電膜中的自由電子的振蕩。的臨界角的入射角，從與等離子激元的入射光發(fā)生的最大的能量耦合，這使得它們的共鳴。在這些條件下，由諧振電子吸收的能量使得在光的影子在一個(gè)特定的角度反射出的金屬。這個(gè)陰影是衡量作為SPR的效果。

　　所有這些都發(fā)生在表面，因?yàn)楸砻姹旧硎且粋€(gè)玻璃 - 金屬界面中的金屬的等離激元的光的能量帶。然而，在由等離激元的能量波可以穿透玻璃 - 金屬界面微米的只有一小部分。30-50納米厚的金屬層，可以出現(xiàn)波通過(guò)另一側(cè)的金屬，并與任何存在的材料。

　　SPR生物傳感器是一種強(qiáng)大的工具，因?yàn)殛幱暗慕嵌纫陨系慕饘賹樱ɡ?，金屬涂層粘蛋白，抗體結(jié)合蛋白層）的材料的折射指數(shù)的影響微不足道的變化。

　　折射率是透明材料，改變角度斜入射的光線的財(cái)產(chǎn)。例如，空氣的折射率大約為1（空氣引起的光的折射可忽略不計(jì)），為水，它是約1.33。這種差異可能比較直棒在水中出現(xiàn)的原因是扭結(jié)。通過(guò)把液體金屬涂層，使分析物結(jié)合到無(wú)論是干凈的金屬表面預(yù)先涂有試劑的SPR效應(yīng)被利用。綁定事件，然后測(cè)量作為一個(gè)小的角度的影子，這是關(guān)系到的結(jié)合在金屬表面上發(fā)生的化學(xué)變化。

　　在使用SPR生物傳感器中，金屬層通常由黃金制成，厚度為30-50納米。金是優(yōu)選的，因?yàn)樗@示了SPR效應(yīng)在方便的波長(zhǎng)，并在化學(xué)上穩(wěn)定。姆士奇士文的配置（參見(jiàn)圖1a）被稱為三角棱鏡的棱鏡玻璃放置到其上的金可以作為簡(jiǎn)單。所采取的測(cè)量的基礎(chǔ)上的微小變化的檢測(cè)的強(qiáng)度的反射的光的陰影，圖1b示出急劇浸強(qiáng)度附近的陰影。曲線最陡的部分是可以測(cè)量靈敏度最高，對(duì)應(yīng)作為其中的一部分在1萬(wàn)元左右的折射率單位（1E-6 RIU）為小。

　　相位差由于光束進(jìn)行相位信息和幅度信息，SPR系統(tǒng)的第二配置是基于測(cè)量干涉儀的相位變化。干涉測(cè)量法測(cè)量?jī)墒庵g的相對(duì)相位。如果兩束光的相位差，其高點(diǎn)和低點(diǎn)不匹配。由正弦的強(qiáng)度圖案的干涉，這種干擾的結(jié)果被稱為邊緣場(chǎng)。在邊緣場(chǎng)，梁的最低強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生相消干涉，最大梁時(shí)發(fā)生干涉。

　　在SPR系統(tǒng)中，邊緣圖像，可以從樣品中沒(méi)有看到樣品的參考光的反射光相結(jié)合。由于蛋白結(jié)合事件的相位差，可以測(cè)量由邊緣場(chǎng)的微小變化。使用SPR相位差的關(guān)鍵是，該相變相對(duì)于通過(guò)SPR超過(guò)三個(gè)弧度（參見(jiàn)圖1c）的線性范圍為折射率變化而線性變化。在圖1c的陡峭的相位變化是類(lèi)似的機(jī)械質(zhì)量彈簧-阻尼或具有共振的電LRC電路相圖。相對(duì)于折射率的變化是金的厚度的函數(shù)。在一定條件下，它可能進(jìn)行調(diào)節(jié)，以得到更高的靈敏度比相應(yīng)的強(qiáng)度域測(cè)量。

　　是否SPR系統(tǒng)使用強(qiáng)度或相位進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果是一個(gè)無(wú)標(biāo)簽的綁定事件。與SPR的技術(shù)相比，熒光檢測(cè)方法需要將發(fā)光針對(duì)分析物的位置用熒光分子標(biāo)記的分析物。必要的標(biāo)記反應(yīng)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的協(xié)議，并引入了額外的不確定性來(lái)源。熒光團(tuán)部分也可能干擾與生物分子的相互作用;標(biāo)簽本身可能不會(huì)是均勻的跨靶分子人口，使定量解釋更加困難。分析生物分子相互作用的原料或微創(chuàng)處理復(fù)雜的生物樣品（如血液，唾液，血清，牛奶）時(shí)，這些挑戰(zhàn)變得更加明顯。SPR在這種復(fù)雜的樣品的情況下的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，監(jiān)測(cè)的表面上的相互作用降低了該方法的交叉靈敏度較高濃度散的干擾物。

　　商用系統(tǒng)SPR系統(tǒng)可以檢測(cè)動(dòng)力學(xué)信息，如匯率的生物物種的復(fù)合物的形成和崩解。領(lǐng)先的商業(yè)SPR系統(tǒng)的Biacore 3000，利用Biacorel國(guó)際AB（瑞典烏普薩拉）。該系統(tǒng)是一個(gè)基于實(shí)驗(yàn)室的儀器能自動(dòng)分析192個(gè)樣本每運(yùn)行，提供實(shí)時(shí)的點(diǎn)測(cè)量從流細(xì)胞。使用SPR強(qiáng)度測(cè)量，該系統(tǒng)的應(yīng)用包括蛋白質(zhì)鑒定，蛋白質(zhì)功能分析，重組蛋白的質(zhì)量控制，檢測(cè)中的雜質(zhì)蛋白質(zhì)療法。利用Biacore 4000多科學(xué)出版物都使用其系統(tǒng)的結(jié)果的報(bào)告。

　　另一個(gè)商業(yè)SPR系統(tǒng)Spreeta森薩塔科技（阿特爾伯勒，MA）。該系統(tǒng)是一種低成本的基于SPR生物傳感平臺(tái)，使實(shí)時(shí)定量濃度，親和力，和生物分子相互作用的動(dòng)力學(xué)分析。無(wú)論是作為臺(tái)式或手持式儀器，系統(tǒng)還采用強(qiáng)度為即時(shí)點(diǎn)測(cè)量。該系統(tǒng)的應(yīng)用程序包括用于測(cè)定生物素，抗生物素蛋白 - 生物素配體固定化，有競(jìng)爭(zhēng)力的測(cè)定形式和抗體結(jié)合親和性分析。

　　Lumera的公司（華盛頓Bothell）開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有聚合物材料，以提高設(shè)計(jì)，性能和功能的設(shè)備，主要用于生命科學(xué)，通信和計(jì)算。其產(chǎn)品之一是的蛋白質(zhì)組學(xué)處理器，它采用SPR審問(wèn)高密度微陣列流細(xì)胞。該儀器還采用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）鏡像到重定向的光束，并迅速掃描芯片，允許它來(lái)獲取采集速率每小時(shí)超過(guò)10,000相互作用。

　　這三家公司已成功引進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室儀器利用SPR技術(shù)，他們可以測(cè)量什么的信封推。SPR效果是通過(guò)描述這些儀器時(shí)提到，這表明技術(shù)已經(jīng)成為主流，技術(shù)的復(fù)雜性是如何處理的有效工具設(shè)計(jì)。為了使儀器開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展，下一代的SPR系統(tǒng)將需要建立在這些成功，讓更多的信息，采取點(diǎn)測(cè)量和創(chuàng)造區(qū)域成像。Lumera的蛋白質(zhì)組學(xué)處理器實(shí)現(xiàn)快速掃描MEMS反射鏡的光點(diǎn)與微陣列附近同時(shí)測(cè)量。但是，真正的同步測(cè)量的區(qū)域需要一個(gè)基于圖像的系統(tǒng)。

　　空間影像可以測(cè)量的結(jié)合位置，可以同時(shí)被監(jiān)視的微陣列填充的區(qū)域。在2005年3月，利用Biacore收購(gòu)Flexchip的HTS生物系統(tǒng)公司（霍普金頓，MA）。的Flexchip是SPR陣列為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，它可以同時(shí)測(cè)量最多400在一個(gè)單一的流動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)相互作用。GWC科技（麥迪遜，威斯康星州）還開(kāi)發(fā)了動(dòng)力學(xué)空間陣列成像的SPRimager II。本儀器采用棱鏡耦合SPR以生成圖像，參照對(duì)監(jiān)視信號(hào)從陣列的不同的控制區(qū)域的16-25-點(diǎn)陣列。該儀器的應(yīng)用包括DNA：RNA，多肽抗體，蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)相互作用。

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