第四章表面等离子体共振技术总结
第四章 表面等离子体共振技术
--学习总结
通过表面等离子体共振技术的学习,我主要掌握了以下的一些基本知识:
一、金属表面的等离子体振动
表面等离子体振动,其角频率ωs与体积等离子体的不同,它们之间存在以下关系:
则这种特殊表面的等离子体振动的角频
率ms为: 二、产生表面等离子体共振的方法
面等离子体波(Surface plasma wave,SPW)质中逐渐衰减。表面等离子体波是TM极化波,即横波,其磁场矢量与传播方向垂直,与界面平行,而电场矢量则垂直于界面。
在半无穷电介质和金属界面处,角频率为的表面等离子体波的波矢量为: 式中c是真空中的光速,εm和εa分别是金属和电介质的介电常数。表面等离
εm=εmr+iεmi)。金属的εmr/εmi
电磁波在真空中的速度c与在不导电的均匀介质中的速度v之比称为电介质的折射率n:
则:
频率为ω
要使光波和 (ka)总是在(从不交叉,即(因此,要设法移动(的。
场在金属与棱镜的界面处并不立即消失,而是向金属介质中传输振幅呈指数衰减的消失
kev为:
通过调节θ共振,有: 由上式可见,若入射光的波长一定,即ωa一定时,ns
条件;若θ0一定时,ns改变,则必须改变ωa波长λ来实现。此时θ0和λ分别称为共振角和共振波长。 右图为典型的SPR光谱 三、SPR传感器 1、基本原理
表面等离子体子共振的产生与入射光的角度θ、波长、金属薄膜的介电
常数s及电介质的折射率ns有关,发生共振时θ和分别称为共振角度和共振波长。对于同一种金属薄膜,如果固定θ,则与ns有关;固定,则θ与ns有关。
如果将电介质换成待测样品,测出共振时的θ或,就可以得到样品的介电常数s或折射率ns;如果样品的化学或生物性质发生变化,引起ns的改变,则θ或也会发生变化,这样,
检测这一变化就可获得样品性质的变化。
固定入射光的波长,改变入射角,可
得到角度随反射率变化的SPR光谱;同样地,固定入射光的角度,改变波长,可得到波长随反射率变化的SPR光谱。SPR光谱的改变反映了体系性质的变化。 2、基本结构
一般来说,一个SPR传感器的包括:光学系统、敏感元件、数据采集和处理系统。 敏感元件主要指金属薄膜及其表面修饰的敏感物质,用于将待测对象的化学或生物信息转换成折射率的变化,是SPR传感器的关键。从SPR的原理可知,实际上是样品的折射率的变化引起SPR光谱的变化。 4种检测方式:
1.角度调制:固定λin,改变θin 2.波长调制:固定θin ,改变λin
3.强度调制:固定θin 、λin,改变光强 4.相位调制:固定θin 、λin,测相差 3、应用
用SPR可获得的信息:
1.两个分子之间结合的特异性 2.目标分子的浓度
3.结合以及解离过程的动力学参数
4.结合的强度 4、优缺点
优点:1.待测物无需标记
2.适用于混浊、不透明或者有色溶液 3.能实时、连续监测反应动态过程 4.检测方便、快捷 5.应用范围广
缺点:1.难以区分非特异性吸附 2.对温度、样品组成等干扰因素敏感 5.发展动态 提高检测灵敏度
高通量检测(SPR imaging) 与质谱等高分辨仪器联用 敏感器件及测量装置的微型化
表面等离子体共振技术应用十分广泛,以下举例说明:
1、表面等离子体共振技术快速筛检人血清蛋白质表达的方法应用
建立用表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)技术快速筛检大样本人群血清蛋白质表达的方法,并用该法检测塑料垃圾拆解回收工人血清蛋白质是否存在异常表达. [方法]选取国内某地区从事塑料垃圾拆解回收的208名职业工人为暴露人群,生活水平和生活习惯相近且无已知污染源的197名农业人口为对照人群.用SPR技术检测研究对象血清中HSP90、HSP70、HSP60、CYP1A1和XPA蛋白质含量. [结果]人血清HSP90、HSP70、HSP60、CYP1A1和XPA蛋白质均可检出;用磷酸盐蛋白缓冲液(phosphate buffer solution,PBST)以1∶100体积比稀释血清后即可进行检测,检测流速为25μL/min.暴露人群的血清中HSP60、HSP70、CYP1A1蛋白质含量均高于对照人群(P
(网址:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_ldyx201005004.aspx) 2、表面等离子体共振技术研究肝素对高迁移率族蛋白1与晚期糖基化终产物受体亲合力的影响
测定肝素与高迁移率族蛋1(HMGB1),及其与晚期糖基化终产物受体(RAGE)的亲和力,探讨肝素对HMGB1/RAGE亲和力的影响.用表面等离子体共振技术,实时分析肝素与HMGB1,HMGB1与RAGE的亲和常数,利用其binding analysis分析肝素对HMGB1/RAGE配受体结合的影响.肝素与HMGB1的动力学速率常数ka=1.78×105
L·(mol·s)-1,kd=8.02×10-4·s-1,亲和常数KA=2.22×108L·mol-1,KD=4.5×10-9 mol·L-1;HMGB1与RAGE的动力学常数
ka=1.85×103L·(mol·s)-1,kd=1.81×10-4·s-1,亲和常数
KA=1.02×107L·mol-1,KD=9.77×10-8mol·L-1.肝素与RAGE的亲和力极低.当浓度分别为50,100,1 000,10 000 U·L-1的肝素与HMGBl混合后,后者与RAGE的亲和力下降.上述不同浓度的肝素对HMGB1/RAGE亲和力的影响没有显著差异.结果表明,肝素可与HMGB1结合并影响后者与RAGE的亲和力,该作用并不与肝素浓度呈正相关. (网址:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_gpxygpfx200911048.aspx)