生物表面化学及分子间相互作用研究——表面等离子体激元共振（SPR）在生物表面化学中的应用

SPR检测是一种光学技术，在生物表面化学及研究生物分子相互作用方面得到广泛应用。文章主要综述SPR对分子相互作用的研究现状，阐述与评价SPR在生物化学中的应用，并对其应用前景进行分析。     

纳米金放大SPR技术检测前列腺癌肿瘤标志物free PSA

表面等离子体激元共振(surface plasmon resonance,SPR)是一种基于芯片表面折射率变化的光学检测技术,具有快速、灵敏、免标记等优点,可实时在线地跟踪固液界面反应,在蛋白及核酸等生物分子检测方面具有广阔的应用前景。但是,传统的SPR检测方法难以检测低分子量、超低浓度的生物分子。纳米金具有密度大、介电常数大、良好的生物相容性等特点,因此,基于纳米金放大的SPR技术既可以保持生物分子的生物活性,又可以有效突破传统SPR中检测限的限制。游离前列腺特异性抗原(free prostate-specific antigenf,-PSA)是一种常用于前列腺癌早期诊断的标志物,但由于其在血清中的浓度非常低,给前列腺癌的早期诊断造成困难。本论文利用基于纳米金放大的SPR技术,设计竞争型免疫模式实现了f-PSA的超灵敏检测。     

基于表面等离子共振传感器的COVID-19检测与药物评价

自新冠病毒发现以来，新冠肺炎在社会内引起广泛关注，其传播能力相较于其他冠状病毒具有更高的传染性和致病性，在世界范围内对人类的生命财产安全造成了巨大的危害．灵敏检测和早期诊断是实现新冠病毒COVID-19有效阻隔和治疗的关键环节，传统的PCR等技术目前已被应用于COVID-19的诊断与检测当中，但其仍存在着定量困难、耗时长、成本昂贵等缺点．表面等离子共振(SPR)传感器是一种高灵敏、无标记和快速的实时分析工具，可用于特定蛋白质、核酸和病毒粒子的定量检测，在COVID-19检测中发挥着重要作用．本文综述了基于不同检测方法，包括直接法、间接法、夹心法在内的SPR传感器对COVID-19的定量检测与诊断研究进展，对固定配体进行分类，研究目标分子包括COVID-19的核酸分子、抗原、抗体及病毒粒子．同时，也从传感器设计、表面修饰、检测性能等方面对SPR传感器进行了介绍，总结了SPR传感器针对COVID-19检测的开发方向、目前存在的问题及可以采取的措施．另外，SPR传感器可以通过其独特的亲和力动力学分析实现分子间KD值的计算，对SPR传感器在COVID-19潜在药物评价方面的应用及作用机制进行了...     

基于SPR干涉成像的生物分子相互作用检测方法

蛋白质组学研究和药物开发迫切需要高通量、高精度、无标记且实时检测技术。该文提出了一种基于干涉成像的表面等离子共振（SPR）生物分子相互作用检测方法,在入射光的p和s偏振分量之间分别附加90°和-90°位相差,采集对应的干涉图像,并利用所采集的2帧图像,计算出反映传感面折射率分布的信号。循环采集能够实时获得生物反应进行时...     

温控表面等离子共振系统及其应用

表面等离子共振 (surface plasmon resonance, SPR) 传感技术被广泛应用于生物医学、药物筛选、临床诊断、食品安全及环境污染等领域. 在实际应用中, SPR 系统对温度敏感, 亟待开发适用于温控实验的 SPR 装置. 基于角度调制型 SPR, 设计开发温控 SPR 系统, 灵敏度达到 497.8$^{\circ}$/RIU(refractive index unit, 单位折射率), 温控范围在 18$\sim $42 ℃, 控温精度为0.1 ℃, 可用于不同浓度液晶分子 (4$^\prime$-正戊基-4-氰基联苯即 5CB) 乙醇溶液的温变过程检测. 实验结果表明, 在浓度固定情况下, 25$\sim $41 ℃ 范围内 SPR 信号与温度有良好的线性关系, 相关系数均在 0.98 以上.     

基于Matlab的表面等离子体共振可视化界面仿真

表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)是一种物理光学现象,由入射光波和金属导体表面的自由电子相互作用而产生。基于SPR原理的传感技术在光学、化学、生物、医疗等领域得到了越来越广泛的应用。在SPR角度调制原理中,主要涉及两种方法:菲涅尔公式法和薄膜矩阵法。文中基于这两种理论方法,通过Matlab编程模拟出SPR角度扫描理论曲线,在相同参数下两种方法模拟出的曲线完全一致;并基于Matlab GUI编写一个用户可视化的SPR曲线模拟程序。     

高通量、多组分表面等离子体谐振生化分析系统研究

基于表面等离子体谐振(surface plasmon resonance,SPR)原理,利用图像分析技术和自动进样技术,研制成一种新型高通量、多组分图像SPR生化分析系统;对微阵列SPR敏感芯片进行动态检测,实现高通量、多参数、多组分快速检测和定量分析．以15单元的阵列芯片为例,对兔IgG和人IgG分别与羊抗兔IgG和羊抗人IgG的免疫结合反应进行了实验检测．结果表明,该分析系统可进行实时高通量、多参数检测,具有灵敏度高、免标记等优点,而且阵列芯片中所设置的参比单元可以消除溶液本体折射率和温度变化的影响,提高了测量精度和准确性;另外芯片可以再生重复使用,降低了测试成本．     

基于光导毛细管器件的SPR生物传感器及IgG检测

光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)传感技术具有免标记、灵敏度高、体积小、成本低等优点.在传统的光纤SPR传感器件基础上设计制造了光导毛细管SPR传感器件,利用自行研制的波长调制式SPR传感装置,对器件灵敏度、分辨率和检测精密度等方面的性能进行了评价.相比光纤SPR传感器件,光导毛细管SPR传感器件产生更显著的SPR效应,提高系统分辨率达9.6×10-6 RIU(折射率单位).应用光导毛细管SPR传感器件可进行IgG快速、定量检测,检测线性范围受传感区固定的蛋白A疏密程度影响,其中0.01mg/mL蛋白A修饰条件下检测线性范围是0.33~1.53μmol/L,0.10mg/mL蛋白A修饰条件下检测线性范围是0.20~3.67μmol/L;并进行了蛋白A-IgG的解离常数测定,Kd=1.4×10-7 mol/L.相对于现有商业SPR仪器,基于光导毛细管器件的SPR生物传感器使用成本低、便携性好,具有良好的应用前景.     

光纤SPR传感器测定叶绿素含量的研究

介绍了光纤SPR传感器的基本原理、检测系统，应用光纤SPR传感器与光度计测定了叶绿素含量。结果表明，在检测条件相同情况下，光纤SPR传感器测定叶绿素含量具有较好的重复性与稳定性。建立了光纤SPR传感器的共振波长与叶绿素含量的关系，可通过光纤SPR传感器快速、准确地测定叶绿素含量。     

SPR体液微全分析系统的软件设计与实现

把计算机图像处理方法与传感检测和生化反应动力学相结合,编程实现一种基于SPR(surface plasmon resonance)技术的体液微全分析系统的软件设计方案。系统开发采用Visual C 6.0,图像采集应用程度接口采用VFW(Video for Windows)。并以Kretschmann结构的传感器为例,模拟实现不同介电常数的SPR曲线。在试验中软件和硬件系统相结合,有助于实时检测体液的特定成分及它的变化情况。通过实验,证实了软件的可行性。     

表面等离子共振检测葡萄糖浓度的数据处理方法

根据表面等离子共振(SPR)检测葡萄糖浓度时信号和噪声的特点,研究了寻找曲线最低点算法和基线动态调整方法等SPR数据后处理方法.采用加权质心法精确地捕获到了表面等离子共振曲线的最低点,采用固定计算点数的动态基线法调整基线位置,消除了基线附近点值的波动对测量结果的影响.模拟仿真及实验验证结果表明,采用固定点数的动态基线法和加权质心法处理SPR数据,能显著提高SPR检测葡萄糖的分辨率,在葡萄糖浓度检测技术中有很好的应用前景.     

基于变曝光时间图像采集法提高SPR相位成像检测灵敏度

提高表面等离子体共振（SPR）阵列检测的灵敏度是蛋白质组学和药物发现与开发的迫切需要。提出了一种基于五步移相时域调制相位干涉成像的变曝光时间图像采集法,通过增大信号幅值来提高光强测量信噪比。在一个相位测量周期的5帧图像中,每帧图像都采用不同的曝光时间,使得每帧图像的灰度值达到最大,从而提高光强测量的信噪比,保证相位成像...     

强度检测型表面等离子体子共振传感器

自从Liedberg等[1]将SPR技术用于化学和生物传感器研究领域以来,SPR传感器逐渐成为国际传感器领域的研究热点.迄今已有的SPR仪器和装置其工作原理大都是以入射角作为变量,实验过程中测量反射光强度与入射角的关系,通过共振角的变化研究体系的各种性质.     

富水地铁车站大管幕隔水工法研究

在分析总结深埋地铁车站现有建设工法优缺点的基础上,提出了一种新型地铁车站大管幕建设工法(SPR).该工法最大的特点是可在深埋富水地层中做到不降水施工地铁车站.结合双层双跨单柱结构站型对SPR工法的基本原理和施工步序做了详细叙述.SPR车站是一种全新的"类骨架结构",是纵向与横向共同受力的复杂组合体系.采用有限元软件建立了地铁车站模型,对SPR工法车站进行了变形和受力分析.结果表明:采用逆作法施工时管幕结构变形量较小;大管幕纵梁内力远小于其极限强度,结构柱和内撑环梁受力相对较大,极值出现在边墙与底拱交接处,经验算SPR工法车站构件均满足结构强度要求.最后,介绍了SPR工法的防水体系,并详细描述了环向和纵向防水做法.     

聚合物棱镜耦合SPR芯片的研究

为了开发用于生物医学和化学检测的小型化表面等离子体谐振分析芯片,采用了体硅工艺和聚合复制工艺,研制出聚合物棱镜与耦合玻璃层的SPR芯片及微流体沟道.在理论上分析了聚合物折射率、耦合玻璃层的折射率和厚度、金膜厚度及光学干涉对SPR曲线的影响,分析表明聚合物与耦合玻璃层的折射度差值是影响SPR曲线的主要因素.在波长650 nm,金膜厚度为50 nm时,采用角度调制的方式,测试以水和空气为介质的SPR曲线,测试结果与理论分析很相近.     

表面等离子体共振谱仪用于糖蛋白检测研究

介绍了一种表面等离子体共振(SPR)生化分析仪,采用角度扫描与强度调制相结合的方法来实现对糖蛋白的实时监测.在糖蛋白的检测实验中,对不同pH的再生液进行对比,pH=3的再生能力达到97%,选择该pH的溶液作为再生液;对同一浓度的糖蛋白进行5次测量,得出相对标准偏差(RSD)为3.83%;通过非糖蛋白与糖蛋白的对比实验,说明本实验方法可以对糖蛋白进行特异性检测;最后对浓度在0.01~1mg/mL的糖蛋白进行检测,并进行了线性拟合和多项式拟合,通过残差分析和相关系数的比较得出RNase B的浓度与归一化光强的关系更符合多项式拟合,因此以多项式拟合曲线作为其标准曲线.实验结果表明该SPR谱仪可以对糖蛋白进行特异性检测,该技术将会在医学方面得到广泛应用.     

表面等离子体共振后焦面吸收谱识别方法研究

表面等离子体共振(SPR)技术作为一种检测方法,具有高精度和高实时性的特点。基于表面等离子体共振检测系统,通过识别表面等离子体共振后焦面图像中的吸收谱,检测材料特性。吸收谱识别方法主要是手动勾画或一维灰度统计,这2种方法均无法在强噪声背景下对大批量后焦面图像进行有效识别。针对这一问题,基于霍夫变换、形态学与最小二乘法,提出了一种高效的吸收谱识别方法,在含有强噪声的表面等离子共振后焦面图像识别问题中有着很好的表现。这种方法弥补了现有方法的不足,为表面等离子体共振后焦面吸收谱识别问题提供了一种全新的思路。     

用于生化分析的SPR效应研究

研究了一种新的SPR生化分析系统,从SPR效应的原理入手,分析了SPR效应作生化分析时的特性,得出了光源和传感头的几何重要参数对SPR效应特性的影响,以LED作为光源,CCD作为光电探测器,FPGA为采集控制器设计中集成化的光学系统,整个系统结构紧凑,易于商用化。     

连接条件对GFRTP自冲铆接性能影响的数值研究

采用LS-DYNA软件建立玻璃纤维增强热塑性复合材料(GFRTP)的自冲铆接(SPR)有限元模型,对SPR过程进行数值模拟和实验验证。通过比较应力分布、钉腿张开度及接头强度,分析底座几何形状及铆钉材料对GFRTP工件SPR过程及接头强度的影响。研究结果表明:与金属SPR接头钉腿被下工件完全包裹而形成自锁结构不同,GFRTP工件SPR接头的形成机理是钉腿穿透下工件而向外翻卷,与钉头一起形成机械锁。连接条件对GFRTP工件SPR性能有显著影响。在一定范围内,增大底座凸台倾角有助于提高SPR的自锁性能;增加铆钉材料强度,可有效提升SPR接头的强度。     

改善质量传递效应对SPR阵列检测的影响

减小质量传递效应影响是提高SPR(surface plas-mon resonance)阵列检测一致性的有效途径。该文在理论分析的基础上,提出通过改变流体池结构来改善质量传递效应的影响,并设计4种不同流体池结构,利用Ansys中的FLUENT模块进行有限元仿真。仿真结果表明,与传统的流体池相比,用改变结构的流体池检测得到的动力学常数ka、kd的一致性分别提高了16.9%和23.8%以上。根据仿真结果制作了3种微流体池,利用阵列式SPR生物分析仪对smx分子与其抗体的相互作用进行检测。结果表明:与传统型流体池相比,台阶形和斜坡形流体池动力学常数ka的一致性分别提高了32.3%和42.8%,台阶形和斜坡形流体池动力学常数kd的一致性分别提高了55.8%和35.4%,质量传递效应影响的改善效果明显。这些结果可以用于指导微流体池的设计,为实现高精度的SPR阵列检测创造条件。