波长检测型SPR分析仪的研制与应用

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自1983年第一台表面等离子体子共振气体及生物传感器问世以来,运用SPR传感技术进行的研究几乎包括了现代生物学的各个领域。无论是在生命科学领域,还是在环境和食品安全领域均取得了快速的发展。目前,SPR传感技术应用最为广泛是用于分析生物分子间相互作用,得到反应动力学、结合位点以及反应物浓度等信息,在其他方方面如:免疫调节、基因调控、抗体定性、信息传导等方面也已经获得了大量有价值的信息。目前,无论是在市场上,还是在科研单位,多数都是应用的都是角度调制型的SPR传感器。仪器本身价格昂贵,测量的角度范围也受到一定的限制。本文研制成功波长检测型SPR分析仪的科研样机,详细介绍了仪器各个部件的具体结构,并制备了Au/Ag合金纳米粒子,将其应用于SPR分析仪中,并在一定程度上改进了SPR分析仪的灵敏度、稳定性、再生性能等。SPR分析仪由光源、导光系统、传感元件、流通池、微型光纤光谱仪五部分组成。入射光角度固定,改变入射光的波长,采用微型光纤光谱仪做为检测器,该仪器成本适中、方法简便,快速、可实现多波长同时检测,波长范围很宽,可用于定量分析,且检测的波长范围不受限制,即折射率变化的范围不受限制,同样待检测的物质质量的范围也不会受到限制,对于生物分子间、生物分子与药物分子、生物分子与组织(如细胞)间相互作用的研究都非常适用。设计并组装了SPR分析仪的核心部件——微型光纤光谱仪,该检测器体积小,重量轻,既可以将其应用于SPR分析仪作为检测器,也可用于其他光谱分析仪器中作为检测系统。本论文应用Au/Ag合金纳米粒子修饰SPR传感器,Au/Ag合金纳米粒子具有长期稳定性、特殊的光学性质和好的生物相容性,是连接蛋白质的理想载体。利用金银合金纳米粒子放大表面等离子体共振(SPR)传感器的信号,以降低人IgG的最低检出浓度,提高SPR传感器的灵敏度。金银合金纳米粒子分别采用透射电子显微镜、紫外可见光吸收光谱和X射线光电子图谱对其进行了具体的表征。由于传感膜厚度的增加,金银合金纳米粒子的高介电常数以及在金银合金纳米粒子和金基底膜之间的电磁耦合,使金银合金纳米粒子共价连接在金膜上,并引起了共振波长产生较大的移动,在一定范围内,提高了SPR分析仪的灵敏度。基于Au/Ag合金纳米粒子修饰的SPR传感器所能检测到人IgG的浓度范围是0.15-20.00μg mL-1,所检测到的最低检测浓度比金纳米粒子修饰的SPR传感器低4倍。因此,将金银合金纳米粒子通过化学连接在金膜上可以有效提高SPR生物传感器的灵敏度。
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