表面等离子共振的应用及研究进展课件

1、表面等离子共振技术的应用（SPR）,1,学习交流PPT,三,四,SPR的检测类型及其特点,SPR与其他检测方法的比较,SPR的最新研究进展,目 录 / contents,一,二,SPR在检测中的应用,2,学习交流PPT,第一节,SPR在检测中的应用,3,学习交流PPT,一、应用概述,在SPR检测技术中，我们可以根据样品的类型，在金膜上偶联上羧基端、氨基端和生物素等，然后采用化学方法将生物分子与金膜表面共价连接，形成不同的功能表面。通入样品后，样品与金膜表面的抗体或抗原特异性结合，不同质量的生物分子与金膜表面特异性结合会引起折射率的变化，得到分子间相互作用的特异性信号，从而应用于生物化学分析。,

2、图：受体与配体结合后 共振角的改变,4,学习交流PPT,二、影响检测结果的主要因素 1、传感芯片的金属膜,对金属膜的要求： 1）反射率高（在可见光区） 2）化学稳定性好 3）厚度合适 （670nm的红光，金膜最佳厚度为50nm） 综合考虑，相比于Al和Cu，Au和Ag更适合做SPR的金属膜。,图：共振角随金膜厚度的变化,5,学习交流PPT,二、影响检测结果的主要因素2、传感器芯片的分子膜,分子膜制备的主要方法： 1）金属膜直接吸附法(例一) 2）共价连接法（例二） 3）单分子复合膜法 4）分子印膜技术,裸露金属膜的影响： 首先，蛋白质分子与金属直接结合可能发生变性。 其次，裸露的金属表面更易发

3、生非特异性结合。,6,学习交流PPT,直接吸附法,LB方法制备聚苯乙烯敏感膜工艺示意图,加去离子水到玻璃容器中,在水面滴加定量的聚苯乙烯氯仿溶液,形成聚苯乙烯薄膜,形成单层分子膜,静置形成 平静液面,氯仿挥发,利用LB膜技术,优点：操作简单、 重现性好,7,学习交流PPT,金(HS-螯合剂分子-NTA)金属离子(组氨酸支链抗体1)抗原1,共价连接法-金属离子的媒介作用,8,学习交流PPT,三、SPR检测的应用,（一）物理学应用 若某种物理量会引起特定敏感膜折射率的变化，就可以采用SPR传感技术进行检测。例如，基于温度变化引起特定敏感膜的吸湿量变化，并导致其折射率变化，从而利用SPR传感技术进行

4、检测的湿度传感系统，以及基于氢化无定形硅的热光效应的温度传感系统等。 （二）化学应用 引起敏感膜的光学属性（主要是折射率）的变化，进而表面等离子共振条件的变化，通过检测共振角或共振波长的变化来检测待测分子的成分、浓度及参与化学反应的特性。,9,学习交流PPT,（三）生物应用（主要） SPR技术可以对生物分子进行识别及定量检测并用 于研究生物分子间的相互作用。 1、生物学检测领域：主要通过分子结合作用实现分子 识别及浓度测定 2、药物领域：主要应用与药物与蛋白质之间的相互作 用及药物筛选与新药开发。 3、食品工业及环境检测：主要用于维生素、生物毒素、 细菌及农药残留检测。 4、蛋白质组学：在天然

5、条件下提供靶蛋白细胞器分布。 5、临床诊断：检测生物药剂的可行性，应用于癌症治疗。 6、遗传分析：用于检测点突变。,10,学习交流PPT,用SPR可获得的信息,1、两个分子之间结合的特异性（例一） 2、目标分子的浓度（例二） 3、结合以及解离过程的动力学参数 4、结合的强度,11,学习交流PPT,目的：确定HIV gp41 蛋白与P45蛋白相互作用的位点,在竞争抑制实验中，P1短肽对HIV gp41蛋白与P45蛋白的反应有很强的抑制作用，而对HIV gp41与P62的相互作用几乎没有影响。结果表明：P1短肽上氨基酸的位点与P45相同。结论还可以用短肽蜂毒素进行验证，说明P1与HIV gp41的

6、结合是特异性结合。,t/s,应用一：特异性识别,12,学习交流PPT,Figure 2. Detection of small molecules with LSPRs (A) scanning electron microscope (SEM) images of the array pattern of Au nanodisks fabri-cated on a glass substrate, top view. (B) LSPR spectra corresponding to the PGG binding, (inset) the resultingcalibration curv

7、e for PGG.,Figure 1. Scheme of the binding process, after AMY (I) and upon PGG binding (II).,应用二：测定目标分子的浓度,目标物浓度与共振角位移成线性关系,AMY是淀粉酶 PGG是黄酰单宁,ACS.NANO. 2014.VOL. 8 NO. 8 79587967,13,学习交流PPT,一、SPR检及,SPR检测的类型 及特点,第二节,14,学习交流PPT,SPR检测的主要类型,1、直接检测 2、夹心检测 3、替代反应 4、竞争抑制反应,15,学习交流PPT,一、直接检测,Chem. Rev. 2008,

8、 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d,检测的对象：适用于检测生物大分子,16,学习交流PPT,二、夹心检测,Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 DOI:10.1021/cr068107d,检测的对象：分析物在传感器表面的响应小,17,学习交流PPT,Schematic representation of sandwich DNA detection assay via AuNP-mediated SPR signal amplification. The SPR measurements were carried out by inje

9、cting the oligonucleotide functionalized AuNPs into the flow cell housing sensors covered with various duplexes or capture probes. The intermediatedextran layer reduces the nonspecific adsorption of AuNPs, improving detection sensitivity.,夹心检测实例,The AuNP-tagged surface demonstrated a 10-fold increas

10、e in angle shift concomi -tant with a 1000-fold improvement in sensitivity and a 10 pM detection li -mit for the target 24-mer oligonucleotide,Chem. Rev. DOI:10.1021/cr2001178 2012, 112, 27392779,结果：灵敏度提高1000倍，检测限达到10pM,18,学习交流PPT,三、替代反应,检测的对象：分析物的分子质量相对较小。,19,学习交流PPT,四、竞争抑制反应,Chem. Rev. 2008, 108,

11、462-493 DOI:10.1021/cr068107d,检测的对象：抗体不能或不适合固定到传感器的表面，而抗原可以固定到抗体的表面。既可以用于检测抗原，也可以用于检测抗体。,20,学习交流PPT,三,SPR技术与其他 检测方法的比较,21,学习交流PPT,SPR技术的优点,一、SPR技术与传统检测方法的比较,1、可进行实时检测 2、无需样品标记 3、样品用量少 4、应用范围广 5、样品不需前处理 6、能测量浑浊甚至不透 明样品,1、灵敏度和检测限有待提高 2、对分子量小于1000的物质检测结果还未达到理想水平。 3、SPR设备昂贵，便携性差，系统稳定等问题。,SPR技术的不足,22,学习交

12、流PPT,二、SPR技术与非标记方法的比较,酶联免疫吸附法（ELISA）是目前最为广泛的免疫分析方法。,结论 相比于ELISA技术，SPR的灵敏度提高了两个数量级,不同稀释条件下兔抗人IgG抗血清的 SPR生物传感器检测的（B）结果,不同稀释条件下兔抗人IgG抗血清的ELISA结果如（A）图,B,A,23,学习交流PPT,四,SPR技术应用的最新进展,24,学习交流PPT,（一）、SPR技术的最近三项重大突破,1、光纤SPR和波导SPR （fiber- and waveguide-SPR） 2、硅材料的SPR （SPR on silicon material） 3、多分析物SPR系统 （mul

13、ti-analyte SPR system）,25,学习交流PPT,（二）提高SPR检测灵敏度的方法,1、纳米技术的应用 （1）以纳米粒子为载体，夹心法测定（例一） （2）对金属膜进行修饰（例二） 2、采用新型的检测方法 光声光谱（PSA），光热偏转光谱（PDS）、反射干涉光谱、Ellipsometric Microscopy 和电化学方法等。,26,学习交流PPT,Cancer Biomarker Detection in Serum Samples Using Surface Plasmon Resonance and Quartz Crystal Microbalance Sensors

14、 with Nanoparticle Signal Amplification,Figure 1. Schematic representation of the PSA sandwich assay using PSA detection antibody -modified Au nanoparticles.,Anal. Chem. 2012,84,58985904 DOI:10.1021/ac300278p |,提高分辨率的方法：金纳米粒子的应用,27,学习交流PPT,Noncovalently Functionalized Monolayer Graphene for Sensitiv

15、ity Enhancement of Surface Plasmon Resonance Immunosensors J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 28002803 DOI: 10.1021/ja511512m,(A) electropolymerization of a polypyrrole-NTA,提高灵敏度的方法：用单层石墨烯修饰金属膜,非共价键结合,28,学习交流PPT,单层石墨烯独特的功能使其可以显著提高表面等离子激元的传播常数，从而提高SPR的灵敏度。,(B) stacking of pyrene-NTA followed by elec tropolymerization for the reinforcement of the layer.(C) Reaction scheme of the conditioning of