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| 表面等離子體共振生物傳感器 | |||
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表面等離子體共振（SPR）是一種物理現象，第一次在20世紀50年代調查。今天，SPR是，可用于生物傳感器的測量技術的基礎。商業SPR儀器，讓研究人員能夠測量結合事件發生的幾納米金表面以上。這種儀器的分辨率可以檢測分子變化是分鐘20皮克綁定平方毫米以上。用于這種測量的應用范圍，包括在蛋白質組學研究，藥物發現，抗體的分離，DNA雜交，和污染監控。本文將討論，SPR是如何工作的，商業系統，這些系統的變種，和潛在的應用SPR技術miniaturizes。
SPR工作如何？表面等離子激元是由入射的光被激發的薄導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特定的角度反射出的金屬。這個陰影是衡量作為SPR的效果。
所有這些都發生在表面，因為表面本身是一個玻璃 - 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，可以出現波通過另一側的金屬，并與任何存在的材料。
SPR生物傳感器是一種強大的工具，因為陰影的角度以上的金屬層（例如，金屬涂層粘蛋白，抗體結合蛋白層）的材料的折射指數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產。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），為水，它是約1.33。這種差異可能比較直棒在水中出現的原因是扭結。通過把液體金屬涂層，使分析物結合到無論是干凈的金屬表面預先涂有試劑的SPR效應被利用。綁定事件，然后測量作為一個小的角度的影子，這是關系到的結合在金屬表面上發生的化學變化。
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。金是優選的，因為它顯示了SPR效應在方便的波長，并在化學上穩定。姆士奇士文的配置（參見圖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單。所采取的測量的基礎上的微小變化的檢測的強度的反射的光的陰影，圖1b示出急劇浸強度附近的陰影。曲線最陡的部分是可以測量靈敏度最高，對應作為其中的一部分在1萬元左右的折射率單位（1E-6 RIU）為小。
相位差由于光束進行相位信息和幅度信息，SPR系統的第二配置是基于測量干涉儀的相位變化。干涉測量法測量兩束光之間的相對相位。如果兩束光的相位差，其高點和低點不匹配。由正弦的強度圖案的干涉，這種干擾的結果被稱為邊緣場。在邊緣場，梁的最低強度時，就會發生相消干涉，最大梁時發生干涉。
在SPR系統中，邊緣圖像，可以從樣品中沒有看到樣品的參考光的反射光相結合。由于蛋白結合事件的相位差，可以測量由邊緣場的微小變化。使用SPR相位差的關鍵是，該相變相對于通過SPR超過三個弧度（參見圖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似的機械質量彈簧-阻尼或具有共振的電LRC電路相圖。相對于折射率的變化是金的厚度的函數。在一定條件下，它可能進行調節，以得到更高的靈敏度比相應的強度域測量。
是否SPR系統使用強度或相位進行測量，測量結果是一個無標簽的綁定事件。與SPR的技術相比，熒光檢測方法需要將發光針對分析物的位置用熒光分子標記的分析物。必要的標記反應復雜實驗的協議，并引入了額外的不確定性來源。熒光團部分也可能干擾與生物分子的相互作用;標簽本身可能不會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處理復雜的生物樣品（如血液，唾液，血清，牛奶）時，這些挑戰變得更加明顯。SPR在這種復雜的樣品的情況下的另一個優點是，監測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SPR系統可以檢測動力學信息，如匯率的生物物種的復合物的形成和崩解。領先的商業SPR系統的Biacore 3000，利用Biacorel國際AB（瑞典烏普薩拉）。該系統是一個基于實驗室的儀器能自動分析192個樣本每運行，提供實時的點測量從流細胞。使用SPR強度測量，該系統的應用包括蛋白質鑒定，蛋白質功能分析，重組蛋白的質量控制，檢測中的雜質蛋白質療法。利用Biacore 4000多科學出版物都使用其系統的結果的報告。
另一個商業SPR系統Spreeta森薩塔科技（阿特爾伯勒，MA）。該系統是一種低成本的基于SPR生物傳感平臺，使實時定量濃度，親和力，和生物分子相互作用的動力學分析。無論是作為臺式或手持式儀器，系統還采用強度為即時點測量。該系統的應用程序包括用于測定生物素，抗生物素蛋白 - 生物素配體固定化，有競爭力的測定形式和抗體結合親和性分析。
Lumera的公司（華盛頓Bothell）開發的專有聚合物材料，以提高設計，性能和功能的設備，主要用于生命科學，通信和計算。其產品之一是的蛋白質組學處理器，它采用SPR審問高密度微陣列流細胞。該儀器還采用微機電系統（MEMS）鏡像到重定向的光束，并迅速掃描芯片，允許它來獲取采集速率每小時超過10,000相互作用。
這三家公司已成功引進了實驗室儀器利用SPR技術，他們可以測量什么的信封推。SPR效果是通過描述這些儀器時提到，這表明技術已經成為主流，技術的復雜性是如何處理的有效工具設計。為了使儀器開發的進一步發展，下一代的SPR系統將需要建立在這些成功，讓更多的信息，采取點測量和創造區域成像。Lumera的蛋白質組學處理器實現快速掃描MEMS反射鏡的光點與微陣列附近同時測量。但是，真正的同步測量的區域需要一個基于圖像的系統。
空間影像可以測量的結合位置，可以同時被監視的微陣列填充的區域。在2005年3月，利用Biacore收購Flexchip的HTS生物系統公司（霍普金頓，MA）。的Flexchip是SPR陣列為基礎的系統，它可以同時測量最多400在一個單一的流動狀態的動力學相互作用。GWC科技（麥迪遜，威斯康星州）還開發了動力學空間陣列成像的SPRimager II。本儀器采用棱鏡耦合SPR以生成圖像，參照對監視信號從陣列的不同的控制區域的16-25-點陣列。該儀器的應用包括DNA：RNA，多肽抗體，蛋白質：蛋白質相互作用。
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