[發明專利]一種多通道并行檢測表面等離子體共振生物傳感器及其制備和檢測方法

有效

• 申請號: 201410437553.3
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104155266A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 方湘怡;姚曼文;吳逸川;楊玉琮;梁曉慧;李俊峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;同濟大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552;G01N21/01
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于生物傳感器領域，具體涉及一種多通道并行檢測表面等離子體共振生物傳感器及其制備和檢測方法。

背景技術

表面等離子共振(surface?plasmon?resonance,SPR)是光束通過介質表面與金屬薄膜耦合而產生的一種物理光學現象。這一現象由Wood于1902年在光學實驗中首次發現。光從光密介質向光疏介質照射時會發生全反射，如果在發生全反射的界面鍍上一層45-50nm厚金膜，當光由光密介質一側以大于臨界角入射到有金膜的界面，會在界面的另一側產生倏逝波，這種倏逝波可引起金膜中自由電子產生表面等離子體振動。當入射角或波長為某一適當值時，表面等離子體與倏逝波發生共振，入射光能量就會被耦合入表面等離子體內而被強烈吸收，相應的反射光強度劇烈下降。這一入射角被稱為共振角，入射波長被稱為共振波長。SPR對附著在金屬表面的電介質的折射率非常敏感。把入射到金屬膜上的光按入射角度或者波長變化來掃描，如果金屬膜表面的光學折射率由于結合了生物分子而發生微小變化，那么出射端得到的光譜吸收峰的位置也會所變化，這是SPR生物傳感器的理論基礎。如果在金膜上固定一定的生物探針(如抗體)，當有特異性生物目標物(如抗原)與之結合，則會引起金膜表面折射率的微小變化從而會反映為共振角或共振波長的變化。由此發展出的SPR生物化學傳感器其折射率測量分辨率可達10^-6。

1983年，Liedberg等首次將表面等離子體共振技術用于化學傳感器領域,并研制出基于表面等離子體共振原理的氣體傳感器。1990年，瑞典BIAcore公司開發出世界上第一臺商業化的SPR生物分子相互作用分析儀。之后，SPR生物傳感器的研究全面展開并不斷深入，其應用范圍也不斷擴大。由于SPR傳感器具有能夠實時檢測生物分子間相互作用、方便快捷、無須標記樣品及樣品需要量少等特點，已經成為一種成熟的檢測生物分子間相互作用的方法，廣泛應用于蛋白質組學、受體/配體、抗體/抗原分子結合、免疫識別、癌癥研究和新藥篩選等生命科學領域,用于實時和動態研究蛋白質/蛋白質、蛋白質/核酸、新藥分子/靶蛋白等生物分子的相互作用過程。

簡言之，SPR生物傳感器是測量50納米金膜表面由于特異性反應而發生的折射率變化，它具有諸多優點：無需任何標記(無需熒光標記，酶標記或放射性標記)，無需第二抗體，無需提純樣品。由于光束不經過樣品液體，所以可以直接測量渾濁樣品。另一重要特點是，它可實時監測生物反應過程[2]，可以研究生物反應的動力學過程。由于上述這些優點，SPR生物傳感器已廣泛應用于疾病診斷、藥物篩選、食物安全檢測、環境監控等領域，如致病細菌檢測、有害化學農藥殘留檢測等，成為一種重要的生物傳感技術。然而，上述SPR技術也存在如下不足：每次只能檢測一個樣品，所以檢測效率較低，不能實現高通量檢測。因此目前SPR技術發展方向之一便是努力實現多樣品并行SPR測量，從而實現無標記、高通量檢測。

Charles?T.Campbell,Gibum?Kim(Biomaterials,Volume28,Issue15,May2007,Pages2380-2392)提出了檢測SPR共振峰附近的圖像灰度變化的SPR成像技術(SPRI)。在SPRI技術中，將CCD固定在表面等離子體共振吸收峰附近，通過檢測金屬表面反射光的強度對比度來成像。這種方法需要分別讀取生物結合前后的兩幅圖案然后做灰度相減，得到的是灰度差圖像。當在金膜表面點陣上發生特異性生物結合時，點陣區域的介電常數微小變化可以在灰度差圖像中反映出不同亮度。目前科學工作者已用表面等離子體共振成像(SPRI)系統初步進行了DNA-DNA、DNA-RNA、縮氨酸-抗體以及蛋白質-蛋白質相互作用的SPR研究。然而，由于它是通過檢測共振峰附近的反射光強而不是檢測共振峰移動來表征生物反應，且引起光強變化的因素是多方面的，因此光強的變化并不能唯一地反映傳感片表面的生物反應狀態以致其靈敏度和可靠性較低。同時，經研究發現這一方法在實際應用中正確應用的條件是：各個點陣樣品的共振峰形狀必須一致，只能有移動，而不能有峰寬變化。但實際測量中各個點陣的SPR吸收峰峰寬經常變化(可能與各個樣品的復介電常數的虛部有關)，這就導致結果的很大誤差。