《表面等离子体共振》PPT课件

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1、表面等离子共振技术05医学实验马吟醒朱倩薛夏沫黄辰简介表面等离子共振技术(SurfacePlasmonResonancetechnology，SPR)是20世纪90年代发展起来的，应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensorchip)上配位体与分析物作用的一种新技术。发展简史1902年，Wood在光学实验中发现SPR现象1941年，Fano解释了SPR现象1971年，Kretschmann为SPR传感器结构奠定了基础1983年，Liedberg将SPR用于IgG与其抗原的反应测定1987年，

2、Knoll等人开始SPR成像研究1990年，BiacoreAB公司开发出首台商品化SPR仪器SPR用途简介实时分析，简便快捷地监测DNA与蛋白质之间、蛋白质分子之间以及药物—蛋白质、核酸—核酸、抗原—抗体、受体—配体等等生物分子之间的相互作用，在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测、环境监测、毒品检测、法医鉴定等领域具有广泛的应用需求。表面等离子共振原理1.消逝波2.等离子波3.SPR的光学原理1.消逝波当光从光密介质入射到光疏介质时（n1>n2）就会有全反射现象的产生。n1sinθ1=n2si

3、nθ2菲涅尔定理：密疏密疏1.消逝波这表示沿X轴方向传播而振幅衰减的一个波，这就是消逝波。全反射的光波会透过光疏介质约为光波波长的一个深度，再沿界面流动约半个波长再返回光密介质。光的总能量没有发生改变。透入光疏介质的光波成为消逝波。界面疏密2.等离子波等离子体等离子体通常是指由密度相当高的自由正、负电荷组成的气体，其中正、负带电粒子数目几乎相等。金属表面等离子波把金属的价电子看成是均匀正电荷背景下运动的电子气体，这实际上也是一种等离子体。由于电磁振荡形成了等离子波。3.SPR光学原理3.SPR光学

4、原理我们在前面提到光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，会形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为金属介质）中又存在一定的等离子波。当两波相遇时可能会发生共振。3.SPR光学原理当消逝波与表面等离子波发生共振时，检测到的反射光强会大幅度地减弱。能量从光子转移到表面等离子，入射光的大部分能量被表面等离子波吸收，使得反射光的能量急剧减少。3.SPR光学原理可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰，此时对应的入射光波长为共振波长，对应的入射角为SPR角。SPR角随金表面折射率变化而变化，而折射率

5、的变化又与金表面结合的分子质量成正比。这就是SPR对物质结合检测的基本原理。SPR的响应模式n1sinθ1=n2sinθ2因为sinθ2=1所以sinθ1=n2/n1SPR的检测模式直接检测：适用于大分子（>1000Da）SPR的检测模式抑制模式：将待测小分子固定在传感器表面，在样品中加入过量对应大分子。SPR仪的结构及工作原理朱倩90513126Biacore3000BiacoreControl工作仪器Biacore3000工作仪器核心部件：传感器芯片液体处理系统光学系统其他：LED状态指示器温

6、度控制系统Biacore3000核心部件Biacore3000的光学系统Biacore3000传感器基本结构光波导耦合器件金属膜分子敏感膜传感芯片——光波导耦合器件Krestschmann棱镜型Otto棱镜型光纤在线传输式光纤终端反射式光栅型金属膜分子敏感膜棱镜型装置工作原理(a)Otto型(b)Kretschmann型光纤型光波导耦合器在线传输式SPR光纤传感器光纤型光波导耦合器终端反射式SPR光纤传感器光栅型光波导耦合器光源He2Ne激光器LED白炽灯——卤钨灯传感芯片——金属膜反射率高化学稳

7、定性好厚度合适金属材料的选择1、可见光范围内反射率较高：Ag、Al、Au、Cu2、化学稳定性好Ag、Al、Au、CuAg、AuAg膜、Au膜的比较金膜(实线)和银膜(虚线)SPR光谱理论值恒定波长,反射系数与入射角度关系波长:1和2为750nm,3为600nm,4为500nm恒定入射角度,反射系数与波长关系入射角度:1为80Ü,2为70Ü,3为72Ü,4为6815Ü,5为6515Ü金属膜厚度对SPR谱的影响λ=63218nm介质为水(n=1.333)棱镜折射率为1.51550nm传感芯片——分子敏

8、感膜成膜方法：金属膜直接吸附法共价连接法（生物素-亲和素、葡聚糖凝胶、水凝胶、高分子膜、多肽等）单分子复合膜法分子印膜技术Biacore3000液体处理系统Biacore3000的LED状态指示器LED（light-emittingdiode）Ready：亮/灭Error：亮/灭Temperature：稳定/闪烁SensorChip：稳定/闪烁Run：亮/灭Biacore3000的温度控制系统SPR技术的应用黄辰90513125物理学应用化学应用生物学应用物理学应用若某种物理量会引