固定光路可变焦宽调角表面等离子共振成像装置

设计了一种折反式棱镜耦合单元,用于简化表面等离子共振系统的角度调节操作,并基于此单元构建了固定光路可变焦宽调角表面等离子共振成像装置.该装置通过旋转折反式棱镜耦合单元即可实现角度调节,调节范围可达40°～80°,结合1～2倍的变焦成像系统,可对1～4 cm2传感芯片成像,且可分辨至少3600 Point/cm2.以蔗糖溶液为研究对象,考察了该装置的灵敏度,结果表明其灵敏度可达7×10-6 RIU(Re-fractive index unit),共振角与折射率的线性相关系数为0.99953.将该装置用于研究抗牛血清白蛋白抗体与其它蛋白的实时相互作用,所得结果与理论相符.该表面等离子共振成像装置将在实时并行分析方面具有广阔的应用前景.

表面等离子共振成像非标记微阵列芯片检测

采用表面化学修饰的镀金玻片作为芯片基质,结合微阵列点样分配技术,设计制作了1种非标记寡核苷酸检测芯片和1种非标记蛋白检测芯片,使用自行构建的表面等离子共振成像(SPRI)检测仪器,成功实现了对寡核苷酸靶标和抗体靶标的非标记、高通量检测分析,研究了核酸和蛋白分子的特异性相互作用,并使用微珠有效增强了芯片的检测信号。

表面等离子体共振成像生物芯片检测系统

根据表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)原理,提出基于表面等离子体共振成像(Surface Plasmon Resonance imaging,SPRI)的生物芯片检测系统构建方法.介绍了SPRI生物芯片检测系统的原理、自行组建的SPRI生物芯片检测系统的结构.采用Kretschmann型棱镜耦合结构激励SPR,偏振的平行光经棱镜投射到生物芯片上,发生表面等离子体共振,由CCD摄像机采集反射光芯片图像.以巯基修饰淋病奈瑟氏菌探针为例验证该系统,利用自组装单分子层技术(Self-Assembled Monolayer,SAM)固定探针.应用该检测系统采集了探针共振、非探针处共振、探针和非探针处都不共振时的生物芯片图像.

表面等离子体共振成像法用于糖蛋白分析

建立了一套表面等离子体共振成像方法,用于筛选糖蛋白和非糖蛋白,并可以区分不同糖蛋白与伴刀豆凝集素的识别强度.波长调制的表面等离子体共振与成像法所得结果一致.伴刀豆凝集素的洗脱成像实验为识别强度提供了补充验证方案.

基于狭缝扫描的表面等离子体共振成像

利用表面等离子体共振技术进行电介质样品成像研究.采用高数值孔径显微物镜作为耦合元件,632.8nm He-Ne激光会聚激发金膜产生表面等离子体共振,通过狭缝光阑限制光束入射角,对金膜上的氮化硅光栅进行成像.反射光由放置在样品像方共轭面上的CCD摄像机接收,获得样品的表面等离子体共振像.通过扫描移动狭缝,得到入射角从44°至54°的扫描样品图像,从图像中提取样品各点的表面等离子体共振曲线,由计算机重构出样品的表面等离子体共振角谱灰度图.

基于表面等离子体子共振成像技术研究苏拉明和顺铂对肝癌细胞生长的抑制作用

基于表面等离子体子共振成像(SPRi)技术提出了一种实时、非标记的新型抗癌药物药效评估方法.以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料,制作了包含微柱结构的微流控芯片作为流通反应池,配合自行设计组装的SPRi生物传感器完成肿瘤细胞的特异性捕获及检测,研究了苏拉明和顺铂对肝癌细胞HepG2的生长抑制作用.同时引入辅助验证实验,即采用常规八肽胆囊收缩素(简称CCK-8)法测定上述药物对肝癌细胞增殖的抑制作用.SPRi检测结果表明,苏拉明和顺铂能抑制肿瘤细胞HepG2增殖并呈现剂量、时间依赖关系.

基于色相算法的表面等离子体共振成像传感器

本文报道了一种基于色相算法的彩色表面等离子体共振(SPR)成像传感器,该传感器不仅能够对发生于SPR芯片表面的物理化学反应进行直观的图像观测,还能基于色相算法对这些表面反应进行定量分析。利用自制的波长/图像同步检测型SPR传感器,实验获得了不同共振波长对应的共振图像,然后借助色相算法求得每一幅共振图像对应的二维色相分布及其平均色相,建立了共振波长与图像平均色相的依赖关系,用于优化基于色相参数的SPR折射率灵敏度。实验选择起始共振波长为650nm,测得基于色相的折射率灵敏度为3 338/RIU,是基于共振波长的折射率灵敏度的1.49倍。利用彩色SPR成像技术能够直观地观测到金膜表面涂布的聚四氟乙烯薄膜的不均匀性,再通过计算图像局部区间的平均色相,可以定量获得不同薄膜厚度对应的折射率灵敏度。实验结果证明了基于色相算法的彩色SPR成像传感器明显优于常规SPR传感器。

基于色相算法的表面等离子体共振成像传感器对苯并芘的敏感特性

报道了一种用于原位探测水中苯并芘的彩色表面等离子体共振成像(SPRI)传感器,该传感器既能提供直观的图像信息,又能借助色相算法定量分析待测物质的浓度及其吸附/脱附过程。首先利用自制的波长-图像同步检测型SPR传感器测试了裸金薄膜芯片在不同入射角下的共振波长和共振图像,然后利用色相算法建立了SPR共振波长与图像色相的依赖关系,基于该依赖关系获得了SPR传感器最佳色相灵敏度对应的起始共振波长约为650 nm;另一方面,制备了聚四氟乙烯涂覆的SPR传感芯片,基于聚四氟乙烯膜对水中苯并芘的可逆富集作用实现了苯并芘的原位快速探测。实验取得以下4个结果:(1)在20-100 nmol?L-1浓度范围内彩色SPR图像的平均色相值随着苯并芘浓度的升高线性减小;(2)对100 nmol?L-1的苯并芘的响应和恢复时间分别约为7和5 s;(3)由于聚四氟乙烯膜的厚度大于SPR消逝场穿透深度,检测结果不受溶液折射率影响;(4)在聚四氟乙烯敏感膜厚度较小且不均匀的情况下,传感器容许获取敏感膜的不同厚度区域对苯并芘的色相灵敏度。实验结果有力地证明了这种彩色SPR图像传感器在生化物质检测中具有良好的应用前景。

基于波长寻址的表面等离子体共振传感技术

本文提出了基于光谱扫描技术的非机械扫描的表面等离子体共振(SPR)传感技术,采用白光为SPR激发光源,通过单色仪控制入射光的波长实现光谱寻址,在保证灵敏度和动态范围的同时,使系统在整个动态范围内具有较好的线性,简化了传感器结构。理论分析了光谱扫描SPR传感技术的灵敏度和动态范围,搭建了实验系统,并测量了不同浓度的酒精水混合溶液的SPR信号变化。结果表明:系统折射率测量范围为1.30-1.38,灵敏度可达3.1×105RIU。

聚苯乙烯微球的表面等离子体共振图像处理与分析

使用高光谱SPRi传感器对聚苯乙烯微球进行SPR显微成像,并对不同偏振条件下采集的高光谱SPR图像数据进行了处理,有效削弱了SPR高光谱图像中固有污点的对比度,使得聚苯乙烯微球样品的位置与轮廓更加清晰。处理后的单像素SPR光谱变得平滑,降低了光源光谱本身特性以及随机噪声对SPR共振信息提取的影响。对比聚苯乙烯微球的SPR图像与反射式明场显微图像,发现二者存在明显区别,主要是由于消逝场穿透深度的限制。结果表明,相较于反射式明场显微图像,SPR图像可以明显反映出消逝场内微粒与金属表面的接触情况,但无法量化超出消逝场穿透深度的物体的真实尺寸。

表面等离子体共振成像

发展建立新型的高通量分析方法是生命科学研究中海量组分检测的关键。表面等离子体共振成像(SPRI)作为新发展起来的高灵敏分析技术,能以微阵列形式实时检测研究各种分子作用的过程,是一种非常有潜力的多功能高通量研究平台。本文对SPRI的基本原理及其在膜性能和生物分子相互作用研究中的应用作了较详细的评述,重点讨论了SPRI的最新发展情况,并对其发展前景进行了展望。

基于表面等离子体共振成像的指纹采集

指纹识别技术是方便、可靠、非侵害和价格低廉的生物识别技术。为提高图像的质量,根据表面等离子体共振(SPR)的原理,提出采用表面等离子体共振成像(SPRI)采集指纹图像的方法。介绍了表面等离子体共振成像采集指纹图像的原理、自行组建的表面等离子体共振成像指纹采集系统的结构。采用Kretschmann型棱镜耦合结构激励表面等离子体共振,偏振的平面光经棱镜投射到传感片,发生表面等离子体共振现象。由CCD摄像机采集反射光指纹图像。分别用表面等离子体共振成像方法和传统光学方法采集了同一指纹的图像。两图中主要区域指纹脊和谷的对比度分别为0.2014和0.0516。表面等离子体共振成像方法采集的指纹图像的对比度和清晰度显著提高。

表面等离子体共振成像检测桃胶多糖与半乳糖凝集素-3的相互作用

利用自组装的数字全息表面等离子体共振成像技术,分别检测了两种具有不同分子质量的桃胶多糖(PGP-1与PGP-2)与半乳糖凝集素-3的相互作用。制备了表面等离子体共振成像生物芯片,同时检测了具有不同浓度的桃胶多糖样品与半乳糖凝集素-3的结合过程,制作了标准曲线,并计算了相互作用的结合平衡常数。结果表明,两种具有不同分子质量的桃胶多糖可以直接结合半乳糖凝集素-3,其中PGP-1的结合平衡常数为8.36×10^5M^-,PGP-2的结合平衡常数为1.24×10^5M^-。结合曲线符合生物分子相互作用的规律,证明了该方法在多通量生物检测中的可行性。该方法实验装置简单、易操作、无需标记、成本低,在高通量分析技术中具有一定的应用前景。

基于表面等离子体共振的基因芯片制备与检测

基于表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)原理的基因芯片检测方法不需要标记,是一种很有潜力的高通微量分析(High-throughput microanalysis,HTMA)方法。应用自组装单分子层技术(Self-as-sembled monolayer,SAM)制备淋病奈瑟菌探针点阵的基因芯片,应用自行组建的SPR和表面等离子体共振成像(SPR imaging,SPRI)基因芯片分析系统,对该基因芯片进行检测分析,研究基因芯片上探针点阵的杂交反应。结果表明:SPR共振曲线上都有明显的共振吸收峰,探针杂交后折射率增大,共振角增大,分子量增大。由SPR检测界面或共振曲线可判断待分析样本与基因芯片上的探针是否发生杂交反应,待分析样本中是否含有待检测的物质。由SPRI检测系统可实时、直观地观察基因芯片上的探针是否发生杂交反应。SPR和SPRI系统可进行定性和定量分析。

基于SPRi技术和分子对接探析人参皂苷与MAPK信号通路的相互作用

目的利用分子对接和SPRi技术,探究人参皂苷与MAPK信号通路相互作用的机制。方法利用分子对接分析27种人参皂苷与MAPK信号通路相关蛋白的结合作用,运用Cytoscape软件构建“人参皂苷-蛋白靶点”网络,初步筛选关键人参皂苷化合物和蛋白;通过SPRi技术进一步对筛选结果进行验证;使用分子对接技术,对人参皂苷和关键蛋白的结合位点和结合作用进行分析。结果分子对接结果表明,人参皂苷能够与MAPK通路上的ERK1、MEK、MNK2、MSK等蛋白有较好的结合,其中ERK1蛋白与人参皂苷结合能最低,相互结合能力最强;并通过SPRi验证得到7种人参皂苷与ERK1蛋白的结合活性;结合位点分析表明,Lys71、Glu88、Asp184为7种人参皂苷与ERK1蛋白的主要结合位点。结论人参皂苷可能与ERK1蛋白结合,通过MAPK通路发挥作用。

高通量SPRI技术与microRNA检测

miRNA是一种内源性小分子非编码RNA,含19-23个核苷酸,通过与mRNA的3＇非编码区结合从而阻断翻译,调节植物或动物的基因表达,并在细胞发育过程中包括细胞裂解、增殖、凋亡及诱导疾病发挥重要的作用.因此,miRNA迅速成为生命科学研究的新领域.而检测miRNA的表达是研究miRNA功能的第一步.表面等离子体共振成像（surface plasmon resonance imaging,SPRI）技术是一种基于光学原理的传感检测技术,它利用表面等离子体共振原理,可将生物分子相互作用或生化反应的信号转化成光信号进行传感,具有无需标记、实时检测、快速、高通量检测等优点,在miRNA的检测上将显示出巨大的发展潜力和应用价值.本文对目前miRNA的检测方法,以及高通量SPRI技术在miRNA检测中的应用发展趋势做一综述.

基于重映射的SPRI视频自动找点方法

表面等离子共振成像(SPRI)是一种高灵敏度,高通量的,可用于实时分析生物蛋白间的相互作用的新技术。由于高通量,不需要额外标记等优点,该技术广泛应用于药物筛选、食品检测、环境监测等领域。实现SPRI视频自动化分析的关键是自动定位SPRI视频图像中的蛋白阵列,为解决该问题提出了基于重映射的SPRI视频自动找点的算法。算法需要输入生物芯片的打印效果图和SPRI视频图像,处理过程分为六个部分:截取,边缘检测,椭圆拟合,阵列识别,坐标映射和自动校准,输出SPRI视频中蛋白点阵列的坐标矩阵。算法基于将打印效果图中的蛋白点坐标重映射为SPRI视频中蛋白点坐标思路实现。实验结果表明,该算法能准确定位SPRI视频中的蛋白阵列,不受蛋白点的阵列模式和SPRI视频中噪音的影响。并且算法定位SPRI视频中蛋白阵列耗时短,支持在嵌入式设备上实时分析SPRI视频。

金纳米粒子增敏的SPRi技术应用于遗传性血栓疾病的检测

目的:基于表面等离子共振成像(SPRi)技术,欲对遗传性血栓疾病4种基因型实现高通量高灵敏的检测。方法:采用多聚腺苷酸(polyA)嵌块将探针简单快速地固定在金表面,制备了polyA-DNA-Au NPs作为增敏介质,结合SPRi技术的检测方法,对遗传性血栓疾病中凝血酶原基因G20210A和凝血因子FV G1691A 4种DNA基因型进行了高通量定量检测。同时,对检测的可行性、灵敏度以及稳定性进行分析研究。结果:4种基因型的检测限可分别低至10.5 pmol/L,12.0 pmol/L,8.0 pmol/L和11.0 pmol/L。在超过16个检测周期后,信号强度仍然保持在98%以上,表明该检测技术的敏感性、重复性较好。结论:金纳米粒子增敏的SPRi技术可实现高通量高灵敏的遗传性血栓疾病标志物检测,并有望推广到更多DNA疾病的检测中。

SPRi传感器的数据处理方法

为了消除传感器输出数据中的高频噪声和低频漂移,以SPRi传感器的NaCl折射率样品和BSA生物样品检测的实验数据为例,研究零相移数字滤波、小波分析和希尔伯特-黄变换(HHT)3种数据处理方法及实际应用.结果表明,与零相移数字滤波相比,小波分析和HHT变换这两种时频分析方法在有用细节信息的提取方面更具优势.经这两种方法处理后,SPRi传感器的折射率分辨率达到1.4×10^(-6) RIU,最小可检测0.025g/L NaCl溶液和将原液稀释51 200倍的BSA抗体溶液.HHT变换具有自适应的特点,针对不同的实验数据,自动产生相应的基函数,并且操作简便,能够获得较理想的滤波效果,从而提高传感器的性能.

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)。