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便携式表面等离子体共振分析仪P4SPR
神科仪购网/SNKOO-eGo / 2021-01-29

表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance technology,SPR)是应用SPR原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种技术。可以实时地研究生物和化学相互作用,无需对分析物进行标记。

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图 1表面等离子共振技术

如图1所示,当一束探测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。此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。测量得到的曲线如图2所示,可以从反射光强的响应曲线看到一个最小的尖峰,对应的入射光波长为共振波长,对应的入射角为SPR角。

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图 2

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图 3

因此当入射探测光波长保持不变的情况下,SPR角随金表面折射率(RI)变化而变化,而折射率的变化又与金表面结合的分子质量成正比。即通过测量SPR角,实现对物质结合的检测,如图3下所示。这种称之为角度扫描模式,探测光是单色的,通常是633nm的HeNe 激光器。另一种是波长扫描模式,如图3上所示。入射角度固定,探测光为多波长宽谱光源,通常使用钨灯或宽带 LED。监测反射光的光谱来识别 SPR 波段的波长,SPR带的波长位置随时间的变化反应了样品溶液的RI变化,实现对物质结合的检测。两者的区别在于角度扫描模式灵敏度和通量更高,但其设备体积大,成本高,维护及修理费用高。

在临床和研究应用中,表面等离子体共振(SPR)仪器能够简便快捷地监测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,简单、快速地诊断、筛查和表征分子。自Biacore于1990年将其第一台SPR仪器商业化以来,很多制造商已进入SPR仪器领域。这类SPR仪器体积较大,属于大型设备,大部分出售给大型制药公司,用于药物研发,需要训练有素的人员操作。在高校或者研究所生命科学领域,从成本的角度出发,可以考虑便携式SPR仪器。下文将讨论便携式SPR仪器与大型商用SPR系统的区别和优势。


大型商用SPR

便携式SPR

适用性

放置在专门实验室中,通过预约使用

可以在自己实验室任意实验桌上放置,随时使用

耗材成本

低成本的传感器芯片,每个芯片从几美元到几十美元不等

维护成本

操作要求

每个SPR系统培训的专门人员

任何研究人员:临床医生、博士后或学生

应用

待测药物的结合动力学

生物/化学传感;结合相互作用的表征、分析

模块化

表 1便携式SPR和大型商用SPR区别

如表1所示,大型商用SPR系统通常是在高通量筛选(HTS)中,进行药物的结合动力学分析。而便携式SPR虽然不是为高通量筛选技术而设计的,但以其灵活性,可以用在生物和化学传感,药物/生物分子结合作用的表征和分析开发等科研领域。便携式SPR的另一个优点是模块化。例如,便携式SPR可以与其他附加附件集成,同时进行光谱、电化学和色谱分析。

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图 4便携式P4SPR

图4所示为AffinitéInstruments开发的便携式P4SPR,体积只有175 x 155 x 55 mm

,非常适合在各类生物分子实验室中使用。所有光学部分都集成在机器内部,操作时只需要放置传感器以及加载待测样品。一次完整的测量包括传感器校准,样品准备等在内,可在一个小时内完成,测量结果与分析可实时地在配套的程序中获得。另外P4SPR提供了标准LabVIEW 接口,可与其他分析方法(光谱学、电化学和色谱法)相结合。

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图 5 SPR应用领域

P4SPR已经应用在诸多生物医学领域,例如检测生物分子的结合作用或者通过生物分子结合作用的检测来完成特定生物分子的识别及其浓度的测定;监测和定量测定病人血清中的生物药剂和抗体滴度的可行性,跟踪检测动物模型、人类临床试验;药物与蛋白之间的相互作用,药物筛选与新药开发等。除此之外,在物理学领域,若某种物理量会引起特定敏感膜折射率的变化,都可以采用SPR 传感技术进行检测。例如,基于温度变化引起特定敏感膜的吸湿量变化,并导致其折射率变化,从而利用SPR 传感技术进行检测的湿度传感系统,以及基于氢化无定型硅的热光效应的温度传感系统等。

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图 6 P4SPR实验示意

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图 7 P4SPR实验示意

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图 8 P4SPR示意

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图 9 P4SPR实验数据

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图 10 P4SPR数据界面

 

 

来自:<The Advantages of a Portable SPR Instrument>

<Portable SPR Instrument Manual>

 


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