SPR传感技术的发展与应用

SPR传感器已经成为检测、分析生物分子相互作用的有效工具.有些国家已经生产出商业化的SPR传感系统.对SPR生物传感器的研究现状、工作原理、技术参数与分类进行了详细描述,并对SPR生物传感器在生物分子检测领域的应用和SPR传感技术的研究发展前景进行了讨论.     

表面等离子体共振传感器灵敏度仿真研究

为深入研究SPR传感器的传感特性,进一步提高传感器的灵敏度,应用TFCale软件仿真研究表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,考察金属敏感膜及敏感膜厚度对SPR传感器灵敏度的影响。仿真结果表明,当金属膜为Ag膜、厚度为60nm时,传感器灵敏度最高。应用MATLAB软件对表面等离子体共振传感器的主要灵敏度指标进行仿真研究,考察了不同的外界介质折射率和棱镜折射率对灵敏度的影响,仿真得出当棱镜折射率一定时,SPR传感器灵敏度与外界介质折射率之间的变化规律,为提高表面等离子体共振传感器的灵敏度提供了理论依据。     

分布式棱镜SPR传感器

SPR传感器的研究与应用进展迅速，尤其在生命科学、化学、环保等领域已经成为一种很重要的研究工具和手段。尽管棱镜SPR传感器关于角度谱的理论计算比较成熟，但是波长谱的计算尚未产生完整的理论计算体系。提出一种新的基于波长谱的分析方法，分析了调制层折射率和厚度对传感器输出特性的影响，并且根据该关系提出了分布式SPR传感器的设计方法。与传统的SPR传感器相比，该传感器大大降低了成本，其原理也可以很容易地移植到分布式光纤SPR传感器的设计中。首先介绍了原理，其次进行了基于波长谱分析的理论计算，最后给出了一种实用的设计方案及模拟结果。     

热电公司的新型FT—SPR创新型生物检测系统

自1982年Nylander等首次将SPR技术用于免疫传感器领域以来．SPR就得到了深入的研究和广泛的应用，已经成为研究生物分子相互作用的主要手段。而热电公司新推出的FT-SPR检测仪——SPR100，更是以其强大的功能和超强的灵敏度，拓展了SPR的应用领域。[编者按]     

一种采用白光LED为光源的波长检测型表面等离子体子共振仪的研制

自行组装了一套多波长同时检测型SPR仪，介绍了构成此仪器的四个部分：光源系统、SPR传感器、样品引入系统、光学传输及检测数据处理系统。并应用所研制的SPR仪对抗生素进行了检测，取得了较好的结果。     

基于红外波长的新型传感器设计与计算分析

为了进一步优化表面等离子共振(SPR)传感器响应速度、动态范围等参数,文中采用单色极化光源通过导电衍射光栅,设计一种新型的折射率变化在100 nm/RIV(refractive index unif)量级变化的SPR传感器。分析了SPR共振的原理和传播损耗问题,通过湿度传感应用得出:器件的有效折射率随湿度变化时,反射光谱的共振角就会产生变化,共振角与薄膜折射率基本呈线性关系。对SPR的进一步推广应用具有参考作用。     

新型可集成的湿度传感器设计与分析

电容性传感器存在难以集成、无法满足高精度测量等问题,文中提出了一种利用SiO_2感湿特性的SPR模型检测湿度的新方法,设计传感器能够弥补电容性湿度传感器的不足,通过SPR对介质折射率变化敏感特性,实现湿度传感。检测结果表明:发出波长为630 nm的P偏振光入射时,传感器的灵敏度高达0.026/%,这一结果对于发展新型微纳传感器提出了新的设想。研究结果为制备高灵敏度可集成湿度传感器提供了理论基础和应用数据。     

表面等离子体子共振传感器Ⅱ：实验装置与仪器

讨论了棱镜、光纤和光栅三种类型表面等离子体子共振（SPR）传感器实验装置,着重讨论了棱镜型SPR实验装置,包括构成SPR实验装置的部件及影响因素等。简单介绍了目前市售的几种SPR商品仪器。     

SPR生物传感技术的研究进展与应用

由于具有实时、免标记、高灵敏度等优点,表面等离体子共振(surface plasmon resonance,SPR)技术被广泛应用于生物分子相互作用的研究分析。在SPR能够检测的分子量范围内,基本所有的具有特异性反应的生物分子都可以被SPR生物传感器检测。因此,SPR技术越来越展示出其重要的应用价值,成为近几年来研究的热点。本文重点从原理、技术改进以及应用等三个角度对SPR技术进行阐述,并从技术改进方面重点介绍了SPR技术的两个发展:表面等离子体子共振成像(SPRi)技术与局域表面等离子体子技术(LSPR)。     

阶跃折射率多模光纤包层等离子体共振传感器

光纤表面等离子体共振(SPR)传感器通常以纤芯为共振基底,需要采用腐蚀、侧抛、研磨等复杂的加工工艺将光纤包层去除,存在倏逝波不易泄露,传感探针制作困难的问题。本文提出一种以光纤包层为SPR共振基底的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器。采用单模光纤与阶跃折射率多模光纤偏芯熔接结构,将单模光纤纤芯中的光直接注入多模光纤包层,并在阶跃折射率多模光纤包层外镀50nm金膜。在探针传感段,光场能量全部分布在阶跃折射率多模光纤包层中,发生SPR效应充分。与传统光纤包层SPR传感结构相比,该传感器能够获得更深的共振谷,折射率测量范围为1.333～1.385RIU时,传感器的平均灵敏度可达2 307nm/RIU,本文亦对传感段多模光纤纤芯直径与长度不同参数的影响进行了探究。本文提出的阶跃折射率多模光纤包层SPR传感器制作简单,有效解决了光纤包层与空气界面不易获得倏逝波的问题。     

角度指示型表面等离子共振传感器的研究

表面等离子体共振(SPR)技术被广泛应用于生物化学传感、药物分析和环境监测等领域。现基于表面等离子共振原理,在固定入射光波长为632.8nm的He-Ne激光入射下,采用镀有50nm银膜的Kretschmann棱镜型结构作为耦合器件,实现角度指示型SPR传感器对纯净水和酒精水溶液的检测。实验结果发现该SPR传感器具有较好的稳定性,其角度灵敏度达到219°/RIU。     

便携式SPR生化传感系统的研究

为了满足环境监测等多种场合的需要，设计了一种新型便携式表面等离子体谐振（Surface Plasmon Resonance，SPR）生化传感系统。系统包括驱动流通单元、SPR传感器单元和控制处理单元。驱动流通单元实现了两种样品自动进样检测；SPR传感器采用固定光路的结构，缩小了系统的体积；控制处理单元采用USB2.0接口芯片EZ-USB FX2系列作为数据传输的核心芯片，外接CPLD、RAM和高速AD，大大提高了系统的测量精度和灵敏度。     

多通道SPR影像传感器及其对生物分子的检测

采用多通道SPR影像传感系统结构,通过不同通道之间的比较,提取待测分子与探针分子之间相互作用所引起的特异性响应,实现了对生物分子相互作用的实时、高精度、动态检测。该传感系统的光路设计使得入射光可以在可能发生共振的角度范围内以不同角度同时照射各个通道,通过SPR影像可以同时检测不同角度入射光线的反射光强。这样,各通道共振角的分布可以方便地实时监测,同时避免了非特异性响应和机械调节带来的误差和不便。     

表面等离子体共振理论仿真研究

为了掌握影响激发表面等离子体共振(SPR)现象的因素,文中以薄膜光学理论为基础,利用Winspall软件模拟研究Kretschman结构下,金膜厚度、待测介质折射率以及三棱镜类型对表面等离子体共振吸收峰位变化的影响,得出了最佳膜厚以及影响激发SPR现象的棱镜折射率和待测物质折射率随共振角度变化的规律,为SPR传感器的设...     

多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振微囊藻毒素LR检测传感器

开发了一种多孔分子印迹膜修饰的表面等离子体共振(SPR)传感器,用于快速检测水中微囊藻毒素LR。研究了利用该传感器检测微囊藻毒素LR的方法。首先,通过原位聚合法在SPR传感芯片的裸金表面合成了微囊藻毒素LR的多孔分子印迹膜,制备出可以特异性捕获微囊藻毒素LR的SPR传感芯片。然后,利用Kretschmann棱镜耦合结构,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型表面等离子体共振传感器。最后,通过检测不同浓度的微囊藻毒素LR溶液以及干扰物质微囊藻毒素RR溶液,研究了该传感器的测量范围、特异性等参数。结果表明,该传感器对于微囊藻毒素LR的检测灵敏度很高,可实现微囊藻毒素LR的定量检测,动态测量达2.1×10-9~1×10-6 mol/L。另外,传感器对于干扰物质微囊藻毒素RR无明显信号响应,表明传感器对于微囊藻毒素LR具有很好的特异性检测能力。     

一种新型高性能便携式单轴SPR检测仪研制

为满足环境监测等多种场合的检测需要,项目小组设计一种新型便携式表面等离子体共振(surface Plasmon Resonance,SPR)检测仪。本设计改进传统便携式SPR检测器使用的轴传动装置,具有体积小、成本低、扫描角度范围广、检验准确度高的特点。     

Binding behavior of CRP and anti-CRP antibody analyzed with SPR and AFM measurement

Atomic force microscope (AFM) was exploited to take picture of the molecular topology of C-reactive protein (CRP) in phosphate-buffered saline (PBS) solution. An explicit molecular image of CRP demonstrated a pentagonal structure composed of five subunits. Dimensions of the doughnut-shaped CRP molecule measured by AFM were about 25nm in outside diameter and 10nm in central pore diameter, and the height of CRP molecule was about 4nm which was comparable to the value determined by X-ray crystallography. Bis(N-succinimido)-11,11'-dithiobis (undecyl succinate) (DSNHS) was synthesized for use as a linker for immobilizing anti-CRP antibody (anti-CRP) onto the gold surface of a surface plasmon resonance (SPR) sensor chip. DSNHS formed self-assembled monolayer (SAM) on the gold surface. By use of an AFM tip, a pattern of ditch was engraved within the SAM of DSNHS, and anti-CRP was immobilized on the engraved SAM through replacement of N-hydroxysuccinimide group on the outside surface of DSNHS by the amine group of anti-CRP. Formation of CRP/anti-CRP complex on the gold surface of SPR sensor chip was clearly demonstrated by measuring SPR angle shift. A consecutive series of SAM, SAM/anti-CRP, and SAM/anti-CRP/CRP complexes was generated on a SPR sensor chip, and the changes in depth of the ditch were monitored by taking AFM images of the complexes. Comparative analysis of the depth differences indicates that binding of CRP to anti-CRP occurs in a planar mode.     

A vortex pump-based optically-transparent microfluidic platform for biotech and medical applications

This paper reports an automated polymer based microfluidic analysis system integrated with a surface plasmon resonance (SPR) biosensor that demonstrates the detection of specific binding of biomolecules and that qualitatively monitors cell adhesion on the sensor surface. Micropumps, microchannels, and an SPR biosensor were integrated into a single polymer (PMMA) based microfluidic system. The integrated system has been studied for its potential applications in bio-molecules detection and drugs discovery. Two experiments, (1) monitoring the reaction between the BSA-BSA antibody, and (2) monitoring the activities of living cells in the presence or absence of trypsin in a RPMI-1640 medium, were conducted to show the biomedical application capability. Because SPR based bio-detection requires optically transparent substrates, PMMA is a potential replacement for glass and silicon-glass in microfluidic systems, if bio-compatibility and low-cost are desired. Hence, our work has shown the feasibility of commercializing an SPR based bio-medical/chemical analysis system in the near future.