Nicolet傅立叶型生物检测系统

Nicolet傅立叶型生物检测系统——表面等离子共振检测仪(FT-SPR)简介表面等离子体共振技术（简称“SPR”，SurfacePlasmonResonance）是利用了金属薄膜的光学耦合产生的一种物理光学现象。自从1982年Nylander等首次将SPR技术用于免疫传感器领域以来，表面等离子体光学生物传感器得到了深入研究和广泛的应用，已经成为研究生物分子相互作用（BiomolecularInteractionAnalysis，简称“BIA”）的主要手段。仅在近3、4年间，有关这方面的文章多达几千篇，其研究内容涉及蛋白质-蛋白质、蛋白质-DNA、DNA-DNA、抗原-抗体及受体-配体等的相互作用。商品化的光学生物传感器可在无标记的情况下实时地进行生物分子间相互作用的研究，有力地推动了分子识别这一学科的发展，已经成为生命科学和医药研究中的一种重要手段。图一，SPR原理图SPR技术的基本原理SPR是一种物理光学现象。如上图所示，当一束ｐ-偏振光在一定的角度范围内入射到棱镜中，在棱镜与金属（Au或Ag）的界面将发生反射和折射。当入射角大于临界角时，光线将被全反射；当入射光的波向量与金属膜内表面电子（称为等离子体）的振荡频率相匹配时，光线既被耦合进入金属膜，引起电子发生共振，即表面等离子体共振。金属膜表面电子吸收入射光子能量使反射光的能量昀小，这种昀小化发生时的入射角度称为“SPR角”。SPR角与入射光波长、入射角、金属膜的厚度、玻璃与金属的介电常数、金属表面及邻近介质的折射率等有关，金属表面结合生物分子将导致其折射率发生变化，从而引起SPR角的变化。因此，可通过监测SPR的变化研究生物分子的相互作用（BIA）。由SPR曲线可获得如下信息：哪些分子发生了相互作用、相互作用的强度、结合和解离的速度、样品中分析物浓度、是否存在异构效应、结合位点分析、复合物中不同成分对结合的影响等。SPR检测仪基于SPR原理，当检测介质的介电常数发生变化时，可通过角度测量（angleinterrogation）、波长测量（wavelengthinterrogation）、强度测量（intensityinterrogation）以及相位测量（phaseinterrogation）分析检测出共振条件的变化情形。目前市场上的商品化SPR检测仪几乎都是通过角度测量实现对生物体系的测定。由于SPR角会随金属薄膜表面通过的液相介质的折射率的改变而改变，折射率的变化（RU）又可结合作金属表面的生物大分子质量成正比（1000RU的变化表示传感片表面1ng/mm2的质量变化）。因此获得生物分子的相互作用（BIA）的信息。图二，传统SPR检测图Nicolet傅立叶型生物检测系统——表面等离子共振检测仪(FT-SPR)FT-SPR技术由于无需荧光标记与同位素标记即可实时测量，保持了生物分子的天然活性，促成了传统SPR检测仪的成功。而在多年的实践中，其测量方式（依靠角度表征）的局限使其在灵敏度、动态范围、测试速度及稳定性等方面都出现了不可逾越的阻碍。有鉴于此，美国热电集团分子光谱部（Nicolet）以其近四十年傅立叶变换红外（FTIR）技术结晶结合昀新的SPR专利技术（U.S.PatentNo.6330062）推出了崭新的FT-SPR检测仪——SPR100。SPR-100的特征是通过波数（波长）表征SPR现象。利用成熟的傅立叶变换红外光谱技术中在多通道技术与波数精度方面的优势使SPR检测很容易达到得到传统的基于角度变化的SPR检测所无法企及的高灵敏度与快速测试。通过检测反射率变化引起的波长变化可以检测出吸附层大约1Å的有效膜厚变化。甚至，需要超高灵敏度的亚单分子层测试也可通过FT-SPR技术实现。图三，角度与波长之SPR相关性根据相关描述（U.S.PatentNo.6330062）：传统的角度表征型SPR检测仪的检测极限大约是0.001°角度变化，表现了约1Å的有效膜厚变化，对应FT-SPR模式中4cm-1的变化。而0.4cm-1的波长精度对于FTIR而言是极容易达到的，相当于传统SPR检测仪要达到0.0001°角度变化，这对于传统SPR检测仪几乎是不可逾越的。通常，0.120°的角度变化相当于1ng/mm2的质量变化。因此，FT-SPR检测仪可以很容易获得1pg/mm2的高灵敏度。图四，SPR100右侧模块内部结构图(U.S.PatentNo.6330062)FT-SPR技术优势由于成熟的傅立叶红外光谱技术的引入，突破了传统角度表征型SPR检测仪理论设计极限，很多功能变得极易实现：－昀高的检测灵敏度FT-SPR具有所有SPR昀高的检测灵敏度。使检测更小的分子(药物)或更微量的分子(珍贵的样品)成为可能。－昀广泛的动态检测范围FT-SPR可以检测多层生物膜组装过程，可以检测更大或更小的分子与微粒。其动态检测范围在所有SPR检测仪中昀为广泛。－完全的FTIR功能FT-SPR利用了研究级的FTIR光学台，可配置完整的傅立叶红外光谱功能。可进行ATR、DRIFT、VCD、PM-IRRAS等测试；通过FT-SPR中的不同检测模块可检测到相关的红外光谱，获取生物样品分子结构(ProteinAnalyzer)的信息。－极高的性能价格比FT-SPR由于其技术的先进型，使其实现高灵敏度SPR检测时无需在极端理想的条件，其制造成本较传统SPR检测仪低；更因为其具备了完整的FTIR功能，在所有SPR产品中具有超值的性能价格比。Nicolet傅立叶型生物检测系统——表面等离子共振检测仪(FT-SPR)FT-SPR的应用举例1、FT-SPR大动态范围监测多层生物高聚膜沉积增长摘要FT-SPR对于表面分析是一种具有不同寻常的动态范围的高灵敏度检测技术。下面的例子说明FT-SPR可以监测超过400Å的10层生物高聚膜的分子作用。常规SPR很难进行这样大的动态范围监测。图五，多层生物高聚膜的FT-SPR谱图。图六，SPR波数位移对应十层生物高聚膜沉积作用(使用FT-SPR监测)2、蛋白质与核酸相互作用之高灵敏度FT-SPR无标记分析摘要FT-SPR技术对于核酸与蛋白质相互作用是一种高灵敏度探针。下面的图示表明FT-SPR的原理，详细介绍FT-SPR是如何高灵敏度监测核酸与表面被固定的寡核苷酸相互作用及抗体与表面被固定的缩氨酸作用。实践证明，SPR100是这类分析的理想工具。.图七，被固定在表面的寡糖核酸探针(后，左)与补充的寡糖核酸(前，右)结合之FT-SPR谱图图八，FLAG缩氨酸探针与浓度不断增加的FLAG抗体分析物结合之FT-SPR谱图图九，FLAG缩氨酸与FLAG抗体结合之FT-SPR波数位移图(插入图)与相关表面覆盖图(主图)Nicolet傅立叶型生物检测系统——表面等离子共振检测仪(FT-SPR)FT-SPR的应用前景FT-SPR继承了传统SPR检测仪的所有优点，同时由于其结合了傅立叶变换红外光谱技术，使其在灵敏度、动态范围、测试速度、可靠性、稳定性及合理预算等多个方面超越了传统SPR检测仪。曾经有专家指出：FT-SPR的出现可以预测的将会极大的推进生物分子相互作用方面的研究，将引发该研究领域的一次飞跃。甚至，可以媲美傅立叶变换红外光谱替代光栅红外的过程。FT-SPR为SPR技术开拓了更为广阔的研究领域：•农业（Agriculture）•生物防卫（Bio-defense）•生物学研究（Bio-research）•生化武器监测（Bio-terrordetection）•临床分子诊断（ClinicalMolecularDiagnostics）•蛋白质组学研究（Proteomics）•癌症研究（CancerResearch）•免疫调节（ImmuneRegulation）•酶反应（EnzymeReaction）•分子识别（MolecularRecognition）•疫苗开发（VaccineDevelopment）•配体垂钓（LigandFishing）•新药诊断（Drugdiscovery）•环境监测（Environmentalmonitoring）•食品检测（Foodtesting）•遗传改良生物监测（GMOMonitoring）•材料科学（Materialsscience）SPR-100FT-SPR检测仪配置Thermo专利的SPR™100表面等离子共振检测仪需要一个研究级的、近红外光学配置FTIR主光学台。其采样模块可以安装在Thermo的FTIR主光学台左侧或右侧。采样模块中配置标准的SF10棱镜，附配流动液体测试池。其它的玻璃棱镜可用作备件。可选BK7棱镜用于气相感应。入射光角度：40-70度。折射率范围：1.33–1.36，水溶液检测流动池体积：50–100µl灵敏度：Sub-Å有效膜厚变化(FT-SPR中4cm-1波数位移相当于约1Å膜厚变化)，可实现亚单分子层检测。光谱分辨率：0.09cm-1光谱范围为：12,000–5,800cm-1标准SPR波数偏离：优于0.50cm-1联系方式：热电(上海)科技仪器有限公司分子光谱部(ThermoSID–NicoletFTIR)北京市金融街23号平安大厦1018室邮编：100032Office:[phone]–3238Fax:[phone]Mobile:[phone]Email:[e-mail];[e-mail]:联系人:辛明