什么是表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance）？

表面等离子体共振（SPR）是一种用于实时测量分子相互作用的光学技术。当受到全内反射的金属膜暴露在平面偏振光下时，就会发生SPR。当具有适当能量的光子以特定的入射角度与金属表面相互作用时，就满足了SPR的共振条件。入射的光子将能量传递给金属晶格内的自由电子，这些自由电子能够相对自由地移动。因此，自由电子经历了集体振荡，导致表面质子的形成。

表面质子共振是一种现象，在一个特定的入射角的入射光子激发金属表面层内的电子。由于激发机制的性质和金属的特性，这些受激电子然后平行于金属表面传播。SPR的发生取决于邻近金属表面的材料的折射率，以及恒定的光源波长和薄金属表面。SPR的这一独特特性对分析物的检测是有利的，因为即使传感介质的折射率有微小的改变也会阻碍SPR。

表面质子共振的原理

表面质子是电子在金属和电介质或真空的界面上的集体振荡。当光与金属表面相互作用时，它可以通过将能量转移到金属的传导电子而激发表面质子。当入射光的频率与表面质子的谐振频率相匹配时，这种能量转移就会发生。受激的表面质子沿着金属-电介质界面传播，并通过各种过程（如散射或吸收）衰变。

实验设置

SPR检测是指使用SPR技术进行实时分子相互作用分析的实验设置和程序。这些实验利用SPR的原理来监测和描述各种生物分子的相互作用，包括蛋白质-蛋白质相互作用、受体-配体结合、DNA杂交和小分子相互作用。

SPR测定的关键部件包括一个传感器芯片、一个流动系统、一个光源和一个检测器。传感器芯片通常涂有一层薄的金属膜，如金或银，它支持表面质子的产生和检测。金属薄膜被配体或捕获分子功能化，与感兴趣的目标分析物发生特异性相互作用。分析物溶液通过流动系统以受控的方式被引入传感器芯片表面。

在分析物溶液被引入后，流动系统促进了清洗步骤。这些步骤有助于去除任何非特异性结合的分子或可能干扰结合事件准确检测的碎片。清洗过程确保了分子相互作用的清洁和优化的表面。然后对结合事件进行实时的连续监测。

光源提供入射光，与金属膜相互作用，导致表面质子的激发。光通常是单色的和偏振的，允许精确控制SPR条件。反射光强度或共振角的变化由检测器测量，这与发生在传感器芯片表面的分子结合事件直接相关。通过监测这些变化，可以确定互动分子的动力学、亲和力、特异性和浓度。

SPR生物传感器

SPR生物传感器是一种利用表面等离子体共振（SPR）来实时检测和分析分子相互作用的装置。SPR生物传感器通常包括一个薄的金属膜，通常是金或银，沉积在一个透明的基质上。该金属薄膜被设计为在暴露于特定的入射光条件下支持表面质子的传播。

有一些SPR生物传感器被用于检测临床相关的生物标志物。研究人员已经开发了各种类型的SPR生物传感器，每一种都迎合了特定的检测要求。此外，纳米材料的整合在提高SPR生物传感器的性能和灵敏度方面发挥了重要作用，为该领域的创新和改进带来了新的途径。

SPR传感器已经在许多领域流行起来，因为它们准确、灵敏、精确测量数量，而且不需要被检测的分子上的标签。它们可以检测各种目标，从小分子如甲烷和二氧化碳到金属离子、多环芳烃、农药、植物毒素、核酸，甚至微生物。SPR传感器为研究海洋及其特性提供了令人兴奋的可能性。

表面等离子体共振的应用

表面等离子体共振在生物技术、制药、环境监测和材料科学等不同领域发现了许多应用。表面等离子体共振已成为研究生物分子相互作用的基本工具，包括蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质-配体结合、抗体-抗原相互作用和DNA杂交。通过将一个结合伙伴固定在传感器表面，并让另一个伙伴流动，研究人员可以监测实时结合事件，并量化结合动力学、亲和力和特异性。这种分析生物分子相互作用的能力对药物发现、诊断和理解生物过程有深远的意义。

它通过提供对药物-靶点相互作用的重要见解而被用于药物研究和开发。SPR能够识别和表征先导化合物，确定结合亲和力，并评估药物的选择性。研究人员可以优化候选药物，为潜在的治疗应用筛选小分子，并利用这种技术评估药物制剂的功效。这加快了药物开发过程，提高了临床试验的成功率。

基于SPR的生物传感器已经彻底改变了诊断学领域，实现了对各种分析物的快速、敏感和无标签检测。将特定的生物分子固定在传感器表面，可以检测复杂生物样品中的目标分析物。SPR生物传感器已被用于检测病原体、过敏原、毒素以及与癌症、心血管疾病和传染病等疾病相关的生物标志物。它们的高灵敏度和实时监测能力使它们成为早期疾病诊断和个性化医疗的宝贵工具。

它还被用于环境监测和污染物检测。它们可以检测和量化广泛的污染物，包括水、空气和土壤样本中的重金属、农药、毒素和污染物。环境科学家可以获得实时测量，通过利用SPR的选择性和敏感性，导致更准确的风险评估和高效的补救策略。