4.15: 表面等离子体共振 (SPR)

表面等离子体共振 （SPR） 是无标记生物传感器背后的潜在光学现象，用于评估生物分子的分子亲和力、动力学、特异性和浓度。在 SPR 中，生物分子相互作用发生在由棱柱上的一层薄金属制成的生物传感器上。通过测量从金属底面反射的光的变化，可以监测生物分子的实时相互作用。

本视频介绍了 SPR 的基本概念，以及如何使用它来分析和可视化生物分子相互作用。接下来是使用 SPR 研究结合率的样品制备和实验方案。在应用部分，探讨了 SPR 成像、局部 SPR 和量子点增强 SPR。

表面等离子体共振 （SPR） 是某些无标记生物传感器背后的潜在现象，用于评估生物分子的结合和吸附相互作用。需要标记的结合检测（如 ELISA）可能是一个耗时的过程，并且可能会改变分析物的功能。在 SPR 中，生物分子相互作用发生在棱镜一面上由一层薄金属制成的特殊传感器上。通过监测从金属底面反射的光的变化，SPR 仪器可以在不使用标签的情况下实时可视化这些相互作用。本视频将介绍 SPR 的原理、SPR 成像的一般程序以及在生物化学中的一些应用。

SPR 传感器通常由棱镜表面的一层薄薄的贵金属制成。为了从传感器获取读数，光从棱镜-金属界面反射到光电探测器中。反射光将具有高强度，除非在某个角度下，这与金属表面的电子特性有关，称为"表面等离子体共振角"。

当分子与表面结合时，金属的电子特性会发生变化，进而会调整角度。随着新蛋白质的附着，形成复合物，角度将进一步移动。通过测量 SPR 角度的相对变化，可以实时监测此类相互作用。

另一种称为局部化或"L"SPR 的技术使用金属纳米颗粒作为传感器表面。影响 SPR 角度的特性高度局限于每个纳米颗粒，从而提高了灵敏度和信号分辨率。

在研究与标准 SPR 的结合相互作用时，传感器通常安装在一个平台上，该平台成为仪器中流通池的地板。目标生物分子通过缓冲溶液携带通过流通池。传感器表面通常首先涂有对金属具有高亲和力的基材。这确保了大量的配体（反过来与目标分析物结合）将被固定在传感器上，并降低了配体在手术过程中解离的可能性。

一旦配体固定在传感器上，分析物就会在缓冲液中流过传感器。通过监测分析物与配体结合时 SPR 角随时间的变化，可以计算结合速率和其他动力学信息。

反射率数据还可用于 SPR 成像 （SPRi），方法是将反射光引导至 CCD 探测器。这会产生整个传感器表面的高对比度、高分辨率图像。使用 SPR 和相关技术，可以回答有关分子亲和力、动力学、特异性和浓度的问题。

现在您已经了解了 SPR 实验中测量的内容，让我们看看研究结合率的程序。

在开始该过程之前，必须准备电泳缓冲液和样品缓冲液。电泳缓冲液用于将配体沉积到传感器上，样品缓冲液用于沉积分析物。仔细清洁传感器芯片并装入护套中。然后，将装置放入仪器中，成为流通池的底部。仪器软件是为实验和后续分析设置的。如有必要，用底物对传感器表面进行引物以捕获配体。配体在电泳缓冲液中流过传感器表面，在那里被传感器表面的底物捕获。

然后，样品缓冲液中的分析物通过流通池，在那里它选择性地与固定的配体结合。绘制反射率的变化并与对照进行比较，以确定所研究反应的速率常数和其他反应动力学数据。

现在您了解了 SPR 实验是如何进行的，让我们看看 SPR 在生物化学中的其他一些应用。

在这里，SPR 成像用于评估传感器上具有 11 个受体阵列的蛋白质。根据每种蛋白质的反射率数据制备反射率与时间和受体浓度的 3D 图。这些"图谱"是每种蛋白质的特征，因此随后可用于蛋白质鉴定。

在本实验中，使用定制的 LSPR 传感器研究细胞分泌物。该传感器还与 SPRi 和荧光显微镜兼容。将细胞沉积在传感器上后，可以以高空间分辨率测量细胞分泌物与纳米颗粒阵列的相互作用。

在这里，研究了量子点、纳米级半导体作为 SPR 信号增强剂与分析物混合的使用。将这种增强的"纳米 SPRi"方法与标准 SPRi 和 ELISA 方法的分析进行比较。nano-SPRi 方法显著提高了灵敏度和检测限，同时仍然比 ELISA 方法耗时更少。

您刚刚观看了 JoVE 关于表面等离子体共振的视频。这种现象用于监测和成像生物分子相互作用，而无需使用标记。本视频介绍了 SPR 的原理、进行 SPR 实验的典型方案以及 SPR 在生物化学中的一些应用。

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