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表面等离子共振生物传感器在临床医学检测中的

来源:临床医学研究与实践 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-12-28
作者:网站采编
关键词:
摘要:表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)是一种光学现象,这种现象早在20世纪初被Wood发现,等离子共振在早期是在真空中利用电子束轰击金属表面产生。到20世纪60年代,两位来自

表面等离子共振(surface plasmon resonance,SPR)是一种光学现象,这种现象早在20世纪初被Wood发现,等离子共振在早期是在真空中利用电子束轰击金属表面产生。到20世纪60年代,两位来自西德的科学家Otto和Kretchmann分别发明了通过可见光激发表面离子体的方法,直到80年代,来自瑞典的科学家Liedberg将该技术用于检测生物大分子间的相互作用[1]。SPR技术具有高灵敏度、高选择性、检测实时、免标记、体积小和成本低等优点,故在检测领域应用广泛,发展前景可观。

1 SPR的基本原理

SPR表现的是一种物理光学现象。该光学现象是一种入射光,为单色光和金属纳米粒子表面的自由电子间相互作用而产生的。单色光通过某个入射角照在金属表面上后,发生反射,入射光的波向量的振荡频率和金属内表面电子的集体振荡频率相等时,能够达到共振,SPR吸收在该过程中被明显反映。通过紫外可见消光光谱,可以展现为一种具有特征的峰,即特征消光峰。在这种情况下,金属膜表面发生电子共振是因为入射光提供了能量,电子是不断吸收能量的,而反射光的强度此时应该为最小,将这时的入射光角叫做SPR角,影响该角大小的是金属表面的折射率。金属表面通常是金、银等贵金属等纳米粒子,因为其所具备的表面离子共振效应较强,在紫外可见光波段的光谱吸收强度很强。表面等离子的最大吸收光谱值对金属纳米材料的性质和周围环境的变化很敏感,依据这一特点进行生物传感器的制备。发生在金属表面的折射率的不断变化可进行转换,转换成波长的移动,此波长的移动可以进行测量,这样就能定性定量探测其表面的分子。SPR生物传感器原理如图1。

图1 SPR生物传感器原理

2 SPR生物传感器应用于临床医学检测

由于SPR生物传感器具有高灵敏度、高选择性、检测实时、免标记、体积小和成本低等优点,故在检测很多生化指标时广泛应用,并可进行各种疾病的有效诊断,完成疾病的发病机制判断,具有可观的发展前景。

2.1 SPR生物传感器在分子生物学检测中的应用

SPR生物传感器可以检测没有进行标记的DNA杂交反应,可以实时地进行在线检测,具有方便、成本低的优点。1997年,Jordan等[2]做了一项实验,首先,将寡核苷酸用生物素进行标记,并使之与DNA反应,该DNA存在于金膜表面,两者进行充分反应后,寡核苷酸再和链霉亲和素进行有效反应,结果显示,检测到的下限(该检测部分由SPR测定完成)降低到原来的1/4。在该实验进行的过程中,能够形成六层链状生物素膜,该生物素膜的形成是通过DNA杂交和亲和素的结合连接完成的。实验结果振奋人心,测量灵敏度提高了4×104倍,而检测的最下限达到pmol级。随着科学的不断进步,科学家们在不断研究和探索提高SPR灵敏度的方法。He等[3]提出了提高SPR灵敏度的方法,即通过纳米技术进行提高。科学家们进行了一项实验,在金属膜表面固定一单链DNA,而后在单链DNA上粘注胶体金纳米粒子。将单链DNA与样品进行反应,通过一系列反应从而完成杂交反应。正是因为金膜和金纳米粒子相同的电场发生耦合作用,从而发生进一步的放大作用,使SPR灵敏度发生显著的提高。此外,2005年,Zhang等[4]根据该技术进行DNA杂交反应和低聚物探针固定的监测。

2.2 SPR生物传感器在细胞因子生物学检测中的应用

对细胞的生命周期可以借助细胞因子的生物活性进行有效调控。在一个正常的生命体内,所有细胞均处于正常范围内,细胞内外的信号活动能够对细胞内外的各种生化反应通过某种方式进行一定的调控。但是在发生癌变的细胞中细胞内外的信号被破坏。2000年,Bader和Kuhn[5]完成对Ras癌基因的研究,该研究借助的技术为SPR技术,Ras是一种三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate,GTP)结合蛋白,该种蛋白在信号传递中扮演至关重要的角色。同一年,抗癌肽类的全新方法问世,由Park采用SPR技术完成。Park等[6]设计出抗癌肽类物质,该类肽具有与p185亲和抗体十分相像的特点,对癌细胞具有非常大的影响,一方面能够在某种程度上对癌细胞的生长进行抑制,另一方面使癌细胞的放射治疗和化疗的灵敏度增加。在之后的两年,即2002年,通过合理使用SPR技术,完成了对癌症患者的治疗。另外,SPR技术除了能够检测各种生化指标,还可以凭借其高灵敏度的特点进行临床糖尿病肾病患者的尿液检测,对检测尿液中的蛋白含量具有重要意义。


文章来源:《临床医学研究与实践》 网址: http://www.lcyxyjysj.cn/qikandaodu/2020/1228/697.html



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