表面等离子共振（SPR）实验：原理、应用及技术前沿一e测试

推荐使用微信扫码登录/注册

使用微信扫码，一键绑定微信，可更快速更及时
更方便的获得订单相关信息与优惠活动

表面等离子共振（SPR）实验：原理、应用及技术前沿

2025-04-02 09:17:21 0 73

　　表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)技术作为一种高灵敏、无标记的实时检测手段，在生物分子相互作用分析、药物开发、环境监测等领域具有重要应用。

　　一、表面等离子共振(SPR)技术的核心原理

　　表面等离子共振是一种由入射光与金属表面自由电子集体振荡(表面等离子体波)耦合产生的物理现象。其核心原理可概括为以下三点：

　　共振条件：当入射光以特定角度(共振角)照射金属薄膜(通常为金或银)时，能量被表面等离子体波吸收，导致反射光强显著下降。

　　折射率敏感特性：金属表面附近介质的折射率变化会改变共振角，通过监测这一变化可实时分析分子结合或解离过程。

　　实时动态监测：SPR无需标记样品，即可实现分子间相互作用动力学参数(如结合速率、解离速率、亲和力)的精准测定。

　　二、SPR实验的关键步骤与技术要点

　　1. 实验系统组成

　　光学模块：棱镜耦合型或光纤型光路系统，用于激发SPR信号。

　　传感芯片：镀有金属薄膜(50 nm金膜)的玻璃基底，表面修饰生物分子探针(如抗体、DNA)。

　　流体控制系统：微流控通道实现样品精确输送与反应控制。

　　数据采集与分析软件：实时记录共振角位移并拟合动力学曲线。

　　2. 标准实验流程

　　芯片预处理：通过硫醇自组装或羧甲基葡聚糖(CMD)修饰固定配体分子。

　　基线校准：缓冲液流经芯片以稳定信号。

　　样品结合阶段：待测分子(如蛋白质、药物)与固定配体结合，引起折射率变化。

　　解离与再生：缓冲液冲洗解离复合物，芯片再生以备重复使用。

　　三、SPR技术的典型应用场景

　　1. 生物医学检测

　　疾病标志物筛查：如新冠病毒S蛋白与ACE2受体的亲和力测定。

　　免疫反应研究：抗体-抗原结合常数(KD值)的快速测定。

　　2. 药物开发与筛选

　　小分子药物-靶标相互作用：高通量筛选候选化合物库。

　　抗体药物优化：通过表位定位(Epitope Binning)提升药物特异性。

　　3. 环境与食品安全监测

　　污染物检测：水中重金属离子、农药残留的痕量分析。

　　食品过敏原识别：乳制品中β-乳球蛋白的快速定量。

　　四、SPR技术前沿进展与挑战

　　1. 技术创新方向

　　灵敏度提升：纳米结构增强型SPR(如局域表面等离子体共振，LSPR)可检测低至fg/mL的浓度。

　　多参数联用：SPR与质谱、拉曼光谱联用实现多维数据采集。

　　便携化设备：基于智能手机的微型SPR系统推动现场即时检测(POCT)。

　　2. 当前挑战

　　非特异性吸附干扰：复杂样品基质可能引起假阳性信号。

　　高成本限制普及：金膜芯片与精密光学元件导致设备价格高昂。

　　五、结语与展望

　　表面等离子共振技术凭借其高灵敏、实时动态分析的优势，已成为生命科学和材料科学领域的核心工具。随着纳米技术、人工智能算法的融合，未来SPR技术将向智能化、高通量、低成本方向突破，进一步拓展其在精准医疗、工业检测等场景的应用。

　　参考文献(示例)

　　Homola, J. (2008). Surface plasmon resonance sensors for detection of chemical and biological species. Chemical Reviews, 108(2), 462-493.

　　Wang, Y., et al. (2022). Smartphone-based SPR biosensor for on-site detection of SARS-CoV-2. Biosensors and Bioelectronics, 203, 114026.

来源：网络