表面等离激元共振生物传感分析原理

来源: 发布时间：2014-12-16  

在环境、食物和制药领域日益需要快速、准确、经济和易于使用的生物传感器应用。已有数种观察细胞生物相互作用的技术。光学技术位列生物传感的快速发展之列,尤其是光学测量不需要分析标记优势的快速探测原理十分引人注目。其中表面等离激元共振(SurfacePlasmonResonance简称SPR)生物传感分析由于其精确的探测,非标记分析,样品需求量小,熟练使用以及广泛的应用领域使该技术获得巨大的成功。特别是亲和力的表面等离激元共振生物传感器已经相当成功并正导致商业化地生产这种仪器。

表面等离激元共振生物传感分析原理1902年首次发现表面等离激元共振现象,接下来几年的研究导致更加理解这一现象。一束入射角大于临界角的光由光密介质射向光密与光疏介质界面时有全反射现象,致使绝大多数光反射。然而若光密介质是金属膜、金属膜又足够薄,一部分光会在金属膜引起暂态波。即光从金属表面内全反射时会发生表面等离激元共振现象。与光在金(金属金)膜/折光物体界面全内反射关联的暂态波是一种波长位于633nm到800nm,在敏感介质贯穿至300nm的指数衰减的电磁波。

这种电磁波在金-电介质界面产生表面电荷密度波(表面等离激元)。当入射光中波矢与入射界面平行分量等于增加的表面等离激元波矢就会发生表面等离激元共振。共振导致反射光强度减弱并由表面等离激元共振仪探测到。基本表面等离激元共振在物理上用于研究金属膜表面折射率的变化。由于此暂态波贯穿金属膜,就有可能在金的表面间接测量质量的变化。表面等离激元仪以共振单位(RU)测量表面折射率的变化。一个共振单位对应光改变0.0001角度和1Lg/mm2蛋白质质量变采用收缩光束,同时监测所有入射角。共振角的变化可以作为时间的函数予以研究,代表一个传感响应图。若绝大多数光被金属膜吸收会在谱图出现尖锐峰谷。适于用于这些仪器的金属是允许自由电子存在的铝、银和金。若在金属表面覆盖的是生物体,共振角的变化反映出表面样品折射率的变化,即生物体的键合。SPR分析系统能够研究多种条件下生物细胞相互作用动力学。图1分别给出表面等离激元共振生物传感仪的原理图和相应谱图。

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