Name: spr biosensors for tracking binding kinetics
Uploaded: 2023-04-30T06:31:51.000Z
Duration: 6 min 58 s
Channel: JoVE

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Waves and Their Applications in Technologies for Information Transfer

HS-PS4-5

Surface Plasmon Resonance (SPR)

표면 플라스몬 공명 (SPR)은 분자 친화성, 운동성, 특이성 및 생체 분자의 농도를 평가하기 위해 라벨이없는 바이오 센서 뒤에 근본적인 광학 현상입니다. SPR에서는, 생체 분자 상호 작용은 프리즘에 금속의 얇은 층으로 만든 생체 센서에서 생깁니다. 생체 분자의 실시간 상호 작용은 금속의 밑면에 반사되는 빛의 변화를 측정하여 모니터링할 수 있습니다.
이 비디오는 SPR의 기본 개념과 생체 분자 상호 작용을 분석하고 시각화하는 데 사용되는 방법을 설명합니다. 다음은 SPR을 사용하여 바인딩 속도를 조사하기 위한 샘플 준비 및 실험 프로토콜이 뒤따릅니다. 응용 분야 섹션에서는 SPR 이미징, 현지화된 SPR 및 퀀텀닷 강화 SPR을 탐구합니다.

표면 플라스몬 공명 (spr)

표면 플라스몬 공명 (SPR)은 분자 친화성, 운동성, 특이성 및 생체 분자의 농도를 평가하기 위해 라벨이없는 바이오 센서 뒤에 근본적인 광학 현상입니다. SPR에서는, 생체 분자 상호 작용은 프리즘에 금속의 얇은 층으로 만든 생체 센서에서 생깁니다. 생체 분자의 실시간 상호 작용은 금속의 밑면에 반사되는 빛의 변화를 측정하여 모니터링할 수 있습니다.
이 비디오는 SPR의 기본 개념과 생체 분자 상호 작용을 분석하고 시각화하는 데 사용되는 방법을 설명합니다. 다음은 SPR을 사용하여 바인딩 속도를 조사하기 위한 샘플 준비 및 실험 프로토콜이 뒤따릅니다. 응용 분야 섹션에서는 SPR 이미징, 현지화된 SPR 및 퀀텀닷 강화 SPR을 탐구합니다.
<div class="chapter_text" id="script_0">
표면 플라스몬 공명, 또는 SPR은 생체 분자의 결합 및 흡착 상호 작용을 평가하기위한 특정 라벨이없는 바이오 센서 뒤에 근본적인 현상입니다. ELISA와 같은 라벨링이 필요한 바인딩 된 소사는 시간이 많이 소요되는 과정이 될 수 있으며, 아닐리바이트의 기능을 변경할 수 있습니다. SPR에서는 프리즘의 한 면에 얇은 금속 층으로 만들어진 특수 센서에서 생체 분자 상호 작용이 발생합니다. SPR 계측기는 금속 의 밑면에서 반사되는 빛의 변화를 모니터링하여 라벨을 사용하지 않고 실시간으로 이러한 상호 작용을 시각화합니다. 이 비디오는 SPR의 원리, SPR 화상 진찰을 위한 일반적인 절차 및 생화학에 있는 몇몇 응용을 소개할 것입니다.
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<div class="chapter_text" id="script_1">
SPR 센서는 일반적으로 프리즘의 얼굴 꼭대기에 있는 고귀한 금속의 얇은 층으로 만들어집니다. 센서에서 판독값을 취하려면 프리즘-금속 인터페이스에서 빛이 광검출기로 반사됩니다. 반사된 광은 "표면 플라스몬 공명 각도"로 알려진 금속 표면의 전자 적 특성과 관련된 특정 각도를 제외하고 고강도를 갖는다.
분자가 표면에 결합함에 따라 금속의 전자 적 특성이 변경되어 각도가 조정됩니다. 새로운 단백질이 부착되면 복합체를 형성하면 각도가 더 바뀝을 것입니다. SPR 각도에서 상대적 변화를 측정함으로써 이러한 상호 작용을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.
"L"SPR이라는 또 다른 기술은 금속 나노 입자를 센서 표면으로 사용합니다. SPR 각도에 영향을 주는 특성은 각 나노입자에 매우 국한되어 감도 및 신호 해상도를 향상시킵니다.
표준 SPR과의 결합 상호 작용을 조사할 때 센서는 일반적으로 계측기의 유동 셀 바닥이되는 플랫폼에 장착됩니다. 관심있는 생체 분자는 완충액에 의해 유동 세포를 통해 전달됩니다. 센서 표면은 금속에 대한 높은 친화력을 가진 기판으로 먼저 코팅되는 경우가 많습니다. 이를 통해 관심 있는 연산에 결합되는 상당한 양의 리간드가 센서에 고정되어 시술 중에 리간드가 해리될 가능성을 줄입니다.
리간드가 센서에 고정되면, 딜리바이트는 버퍼의 센서 위로 흐르게 된다. 분석이 리간드에 결합됨에 따라 시간이 지남에 따라 SPR 각도의 변화를 모니터링함으로써 바인딩 속도 및 기타 운동 정보를 계산할 수 있습니다.
반사도 데이터는 반사된 빛을 CCD 검출기로 지시하여 SPR 이미징 또는 SPRi에도 사용될 수 있습니다. 이것은 전체 센서 표면의 고대비 고해상도 이미지를 생성합니다. SPR 및 관련 기술을 사용하여 분자 선호도, 운동, 특이성 및 농도에 대한 질문에 답할 수 있습니다.
이제 SPR 실험에서 측정되는 측정내용을 이해하게 되었으므로 바인딩 속도를 조사하는 절차를 살펴보겠습니다.
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<div class="chapter_text" id="script_2">
프로시저를 시작하기 전에 실행 및 샘플 버퍼를 준비해야 합니다. 실행 중인 버퍼는 리간드를 센서에 증착하는 데 사용되며 샘플 버퍼는 소행성을 증착하는 데 사용됩니다. 센서 칩은 조심스럽게 세척되어 칼집에 로드됩니다. 그런 다음 장치는 계측기로 배치되어 흐름 셀의 바닥이됩니다. 계측기 소프트웨어는 실험 및 후속 분석을 위해 설정됩니다. 필요한 경우 센서 표면은 리간드를 캡처하기 위해 기판으로 준비됩니다. 리간드는 실행 중인 버퍼의 센서 표면 위로 흐르며 센서 표면의 기판에 의해 포획됩니다.
이어서, 샘플 버퍼내의 단량은 유동 셀을 통해 실행되며, 여기서 고정 된 리간드에 선택적으로 결합한다. 반사율의 변화는 플롯및 조사 된 반응에 대한 속도 상수 및 기타 반응 역학 데이터를 결정하기 위해 컨트롤에 비해 비교된다.
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<div class="chapter_text" id="script_3">
이제 SPR 실험이 어떻게 수행되는지 이해되었으므로 생화학에서 SPR의 몇 가지 다른 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.
여기서, SPR 화상 진찰은 센서에 11개의 수용체의 배열을 가진 단백질을 평가하기 위하여 이용되었습니다. 반사도 대 시간 및 수용체 농도의 3D 그래프는 각 단백질에 대한 반사도 데이터로부터 제조되었다. 이러한 "프로파일"은 각 단백질에 특징이며, 따라서 단백질 식별을 위해 나중에 사용될 수 있습니다.
이 실험에서는 맞춤형 LSPR 센서를 사용하여 세포 분비물연구가 이루어졌습니다. 센서는 또한 SPRi 및 형광 현미경 검사법과 호환되었습니다. 센서에 셀을 증착하면 나노입자 어레이와의 세포 분비물의 상호 작용이 높은 공간 해상도로 측정될 수 있습니다.
여기서, 양자점, 나노스케일 반도체의 사용을, Aalyte와 혼합된 SPR 신호 향상 제로서 의 사용이 조사되었다. 이러한 향상된 "나노-SPRi" 방법은 표준 SPRi 및 ELISA 방법에 의한 애사와 비교하였다. 나노-SPRi 방법은 ELISA 방법보다 시간이 덜 소요되는 동시에 검출의 감도 및 한계를 현저히 향상했다.
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<div class="chapter_text" id="script_4">
당신은 방금 표면 플라스몬 공명에 조브의 비디오를 보았다. 이 현상은 라벨을 사용하지 않고 생체 분자 상호 작용을 모니터링하고 이미지화하는 데 사용됩니다. 이 비디오는 SPR 실험 수행을 위한 일반적인 프로토콜인 SPR의 원리와 생화학에서 SPR의 몇 가지 응용 을 소개했습니다.
시청해 주셔서 감사합니다!
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표면 플라스몬 공명 (SPR)

Surface plasmon resonance (SPR) is the underlying optical phenomenon behind label-free biosensors to evaluate the molecular affinity, kinetics, ...

표면 플라즈몬 공명(SPR)은 생체 분자의 결합 및 흡착 상호 작용을 평가하기 위한 특정 무표지 바이오센서의 기본 현상입니다. ELISA와 같이 라벨링이 필요한 결합 분석은 시간이 많이 소요되는 프로세스일 수 있으며 분석물의 기능을 변경할 수 있습니다. SPR에서 생체 분자 상호 작용은 프리즘의 한쪽 면에 있는 얇은 금속 층으로 만들어진 특수 센서에서 발생합니다. SPR 기기는 금속 밑면에서 반사된 빛의 변화를 모니터링하여 라벨을 사용하지 않고 이러한 상호 작용을 실시간으로 시각화합니다. 이 비디오에서는 SPR의 원리, SPR 이미징을 위한 일반적인 절차 및 생화학의 일부 응용 분야를 소개합니다. SPR 센서는 일반적으로 프리즘 표면 위에 있는 귀금속의 얇은 층으로 만들어집니다. 센서에서 판독값을 얻기 위해 빛은 프리즘-금속 인터페이스에서 광 검출기로 반사됩니다. 반사된 빛은 "표면 플라즈몬 공명 각도"로 알려진 금속 표면의 전자 특성과 관련된 특정 각도를 제외하고는 높은 강도를 갖습니다. 분자가 표면에 결합함에 따라 금속의 전자적 특성이 변경되어 각도가 조정됩니다. 새로운 단백질이 부착하여 복합체를 형성함에 따라 각도가 더 이동합니다. SPR 각도의 상대적 변화를 측정하여 이와 같은 상호 작용을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 국소화 또는 "L" SPR이라고 하는 또 다른 기술은 금속 나노 입자를 센서 표면으로 사용합니다. SPR 각도에 영향을 미치는 특성은 각 나노 입자에 고도로 국한되어 감도와 신호 분해능을 향상시킵니다. 표준 SPR과의 결합 상호 작용을 조사할 때 센서는 일반적으로 기기에서 플로우 셀의 바닥이 되는 플랫폼에 장착됩니다. 관심 생체 분자는 완충 용액에 의해 플로우 셀을 통해 운반됩니다. 센서 표면은 종종 금속에 대한 친화력이 높은 기판으로 먼저 코팅됩니다. 이렇게 하면 상당한 양의 리간드가 관심 분석물에 결합되어 센서에 고정되고 절차 중에 리간드가 해리될 가능성이 줄어듭니다. 리간드가 센서에 고정되면 분석물이 완충액의 센서 위로 흐릅니다. 분석물이 리간드에 결합할 때 시간 경과에 따른 SPR 각도의 변화를 모니터링하여 결합 속도 및 기타 운동 정보를 계산할 수 있습니다. 반사율 데이터는 반사광을 CCD 검출기로 유도하여 SPR 이미징 또는 SPRi에도 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 센서 표면의 고대비, 고해상도 이미지가 생성됩니다. SPR 및 관련 기술을 사용하여 분자 친화도, 동역학, 특이성 및 농도에 대한 질문에 답할 수 있습니다. 이제 SPR 실험에서 측정되는 내용을 이해했으므로 결합 속도를 조사하는 절차를 살펴보겠습니다. 절차를 시작하기 전에 실행 중인 버퍼와 샘플 버퍼를 준비해야 합니다. 러닝 버퍼는 리간드를 센서에 증착하는 데 사용되며, 샘플 버퍼는 분석물을 증착하는 데 사용됩니다. 센서 칩을 조심스럽게 세척하여 덮개에 넣습니다. 그런 다음 장치를 기기에 배치하여 플로우 셀의 바닥이 됩니다. 기기 소프트웨어는 실험 및 후속 분석을 위해 설정됩니다. 필요한 경우, 센서 표면은 리간드를 포착하기 위해 기판으로 프라이밍됩니다. 리간드는 러닝 버퍼의 센서 표면 위로 흐르며, 여기서 센서 표면의 기판에 의해 포착됩니다. 그런 다음 샘플 버퍼의 분석물은 플로우 셀(flow cell)을 통해 실행되어 고정된 리간드에 선택적으로 결합합니다. 반사율의 변화를 플롯하고 대조군과 비교하여 조사된 반응에 대한 속도 상수 및 기타 반응 역학 데이터를 결정합니다. 이제 SPR 실험이 어떻게 수행되는지 이해했으므로 생화학에서 SPR의 몇 가지 다른 응용 분야를 살펴보겠습니다. 여기서, SPR 이미징은 센서에 11개의 수용체 배열이 있는 단백질을 평가하는 데 사용되었습니다. 반사율 대 시간 및 수용체 농도의 3D 그래프는 각 단백질에 대한 반사율 데이터로부터 준비되었습니다. 이러한 "프로필"은 각 단백질에 특징적이므로 나중에 단백질 식별에 사용될 수 있습니다. 이 실험에서는 맞춤형 LSPR 센서를 사용하여 세포 분비물을 연구했습니다. 이 센서는 SPRi 및 형광 현미경과도 호환되었습니다. 세포를 센서에 증착하면 세포 분비물과 나노 입자 어레이의 상호 작용을 높은 공간 해상도로 측정할 수 있습니다. 여기서, 나노 스케일 반도체인 양자점을 분석물과 혼합된 SPR 신호 향상제로 사용하는 방법을 조사했습니다. 이 향상된 "나노 SPRi" 방법은 표준 SPRi 및 ELISA 방법에 의한 분석법과 비교되었습니다. nano-SPRi 방법은 검출 감도와 한계를 크게 개선하면서도 ELISA 방법보다 시간이 덜 걸립니다. 방금 표면 플라즈몬 공명에 대한 JoVE의 비디오를 시청하셨습니다. 이 현상은 라벨을 사용하지 않고 생체 분자 상호 작용을 모니터링하고 이미지화하는 데 사용됩니다. 이 비디오는 SPR의 원리, SPR 실험을 수행하기 위한 일반적인 프로토콜, 그리고 생화학에서 SPR의 몇 가지 응용 분야를 소개했습니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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생화학

spr biosensors for tracking binding kinetics

Surface plasmon resonance, or SPR, is a way to track biomolecular binding on a label-free biosensor. It is used to measure molecular affinity, kinetics, specificity, and concentration. The method works with a thin metal layer on a prism, where changes in reflected light reveal interactions in real time.

SPR sensors use a thin layer of a noble metal on the face of a prism. Light is reflected from the prism-metal interface into a photodetector. At one specific angle, called the surface plasmon resonance angle, the reflected light drops in intensity. When molecules bind to the metal surface, the electronic properties change and the angle shifts. As more proteins attach and form complexes, the shift becomes larger.

A related method, localized SPR, or LSPR, uses metal nanoparticles as the sensor surface. Because the sensing effect is highly local around each nanoparticle, LSPR can improve sensitivity and signal resolution. SPR data can also be turned into images with SPR imaging, or SPRi, by sending the reflected light to a CCD detector. This creates a high-contrast, high-resolution image of the full sensor surface.

For a standard SPR binding assay, the sensor is mounted in a platform that forms the floor of a flow cell. Biomolecules are carried through the flow cell in buffer solution. The sensor surface is often coated first with a substrate that binds the metal well. This helps immobilize the ligand, which is the molecule that will capture the analyte, and lowers the chance that the ligand will dissociate during the run. After the ligand is attached, the analyte is flowed over the sensor in buffer, and the change in SPR angle is recorded over time to calculate binding rates and other kinetic data.

Before the experiment begins, the running buffer and sample buffer must be prepared. The running buffer is used to deposit the ligand onto the sensor, and the sample buffer is used to deposit the analyte. The sensor chip is cleaned, loaded into a sheath, and placed into the instrument. The software is then set up for data collection and analysis. If needed, the surface is primed with a capture substrate. The ligand is then captured, the analyte is run through the flow cell, and the reflectance change is compared with controls to determine rate constants and other reaction kinetics.

SPR is also useful in several biochemistry applications. In one SPR imaging example, proteins were tested with an array of eleven receptors on a sensor, and 3D graphs of reflectivity versus time and receptor concentration were made for each protein. These reflectivity profiles were characteristic of each protein and could be used for identification. In another study, cell secretions were measured with a custom LSPR sensor that also worked with SPRi and fluorescence microscopy. A further application used quantum dots, which are nanoscale semiconductors, to enhance the SPR signal in a method called nano-SPRi. Compared with standard SPRi and ELISA, nano-SPRi improved sensitivity and the limit of detection while still taking less time than ELISA.

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

dialysis: diffusion based separation

Dialysis for Buffer Exchange in Biochemistry

Dialysis is a common biochemistry technique for buffer exchange and desalting. It separates molecules by diffusion through a semipermeable membrane, which lets small molecules pass while holding larger biomolecules inside the sample. The membrane is the key part of the setup. Its pores create a molecular weight cutoff, so a membrane such as a 10 kDa membrane usually keeps molecules larger than 10 kilodaltons inside. This cutoff is not exact, because membranes have a range of pore sizes.

enzyme assays and kinetics

Measuring Enzyme Reaction Rates

Enzyme reaction rates can be measured with assays that track how substrate or product levels change over time. Enzymes are proteins, or sometimes RNAs, that speed up chemical reactions by lowering the activation energy needed to start them. They act on a specific substrate and help form a product that supports life processes. Enzymatic reactions are often described in three steps. First, the substrate binds to the enzyme active site and forms an enzyme-substrate complex. That complex can fall...

maldi-tof mass spectrometry

How MALDI-TOF Reads Biomolecules

MALDI-TOF mass spectrometry reads biomolecules by using a laser, a matrix, and a time-of-flight analyzer. MALDI, or matrix-assisted laser desorption ionization, helps fragile molecules keep their structure while they are moved into the mass analyzer. The analyzer then separates compounds based on size and charge. In MALDI, the sample is mixed into a matrix, usually an organic compound with aromatic and conjugated double bonds. A laser pulse strikes the spot, and the matrix absorbs most of the...

tandem mass spectrometry

Tandem Mass Spectrometry for Biomolecule Analysis

Tandem mass spectrometry is used to isolate a biomolecule and break it into smaller pieces so its makeup can be studied. Because biomolecules often have large, complex structures, it can be hard to identify their molecular composition and sequence from a single measurement. By linking mass spectrometers in series, the technique first selects one ion and then analyzes the fragments it produces. The process starts with an ion source that converts the sample into ions. A mass analyzer then...

protein crystallization

Protein Crystals for Structure Analysis

Protein crystals help scientists study protein structure and function. A crystal is a solid lattice made from purified protein molecules. These crystals are useful in structural biology because they reveal details that methods like mass spectrometry and SDS-PAGE cannot show on their own. Protein crystallization is paired with recombinant protein expression and x-ray diffraction to support this work. The process starts with a large amount of very pure protein. Researchers often make that...

chromatography-based biomolecule purification methods

chromatography-based-biomolecule-purification-methods

Protein Purification with SEC and IMAC

Protein purification with size-exclusion chromatography and affinity chromatography helps isolate biomolecules from complex mixtures. These methods are common in biochemistry because purified samples are needed before a biomolecule’s properties and activity can be studied. The video focuses on the principles behind size-exclusion chromatography, affinity chromatography, and immobilized metal affinity chromatography, or IMAC. Size-exclusion chromatography, or SEC, separates molecules by size. A...

two-dimensional gel electrophoresis

Protein Mapping with 2D Gel Electrophoresis

Protein mapping with 2D gel electrophoresis separates complex protein mixtures across two steps. The method combines isoelectric focusing, or IEF, with sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis, or SDS-PAGE. Together, these methods can resolve thousands of biomolecules from a single sample by their isoelectric point and molecular weight. The first dimension is IEF. Each protein has an isoelectric point, or pI, which is the pH where its net charge is zero. Proteins are loaded...

metabolic labeling

Tracking Cell Chemistry with Metabolic Labels

Metabolic labeling tracks cell chemistry by using chemical analogs that cells take up and build into biomolecules. These labels help scientists follow biochemical changes and modifications inside cells. The labeled products can then be studied with tools such as SDS-PAGE and NMR to learn more about metabolic pathways. Several labeling strategies are shown here. Isotopic labeling uses analogs that match the natural molecule but contain uncommon isotopes, such as carbon-13 and nitrogen-15 in an...

electrophoretic mobility shift assay (emsa)

electrophoretic-mobility-shift-assay-emsa

Detecting Protein-DNA Binding by EMSA

Electrophoretic mobility shift assay, or EMSA, is a biochemical method used to detect binding between proteins and nucleic acids. It is also called a gel shift assay. The test compares how a labeled nucleic acid moves through a gel before and after it binds a protein. EMSA is used to see whether a specific protein binds to a specific nucleic acid. First, the nucleic acid is labeled to make a probe. The transcript describes radioactive phosphorus-32 as a common label. The probe is then mixed...

photometric protein determination

Measuring Protein Concentration with Absorbance

Measuring protein concentration with absorbance is a key step in many biochemical assays. Photometric methods use the fact that samples with more light-absorbing material transmit less light. Because concentration and absorption are directly related, this makes it possible to measure an unknown sample. The core idea comes from the Beer-Lambert Law. This law states that the concentration of a light-absorbing species is proportional to its absorbance. The video also introduces the Bradford assay...

density gradient ultracentrifugation

Sucrose Gradient Separation in an Ultracentrifuge

Sucrose gradient separation in an ultracentrifuge is a lab method for isolating cell parts and biomolecules. It uses differences in density to make particles sink or rise in a liquid. A high-speed ultracentrifuge speeds up this process so components can be separated without destroying them. The basic idea starts with a suspension, which is particles mixed in a liquid solvent. Particles that are denser than the solvent sediment, while less dense particles float. A rotor inside the...

co-immunoprecipitation and pull-down assays

co-immunoprecipitation-and-pull-down-assays

Protein Interaction Capture Methods in Cells

Co-immunoprecipitation and pull-down assays are laboratory methods used to capture stable protein-protein interactions. Protein-protein interactions help control many biological functions, but many of them have not yet been identified. These assays are related to immunoprecipitation, which isolates a target protein from a mixed sample using an antibody. In co-immunoprecipitation, or CoIP, an antibody binds the target protein, and that protein is already attached to another protein that the...

reconstitution of membrane proteins

Membrane Proteins in Liposome Models

Membrane proteins can be moved into liposome models so their function can be studied outside a cell. Reconstitution means restoring an isolated biomolecule to a working form. For membrane proteins, that usually means placing a purified protein into an artificial lipid membrane. Cell membranes are made mainly of phospholipids and membrane proteins. The phospholipids form a bilayer with hydrophilic phosphate heads facing water and hydrophobic fatty acid tails facing inward. Some membrane...

f&#246;rster resonance energy transfer (fret)

FRET as a Molecular Ruler in Cells

Föster resonance energy transfer, or FRET, is a way to study close-range biochemical interactions using light-emitting molecules. A donor fluorophore can pass energy to an acceptor fluorophore when their emission and absorption spectra overlap. This transfer happens only when the pair is very close together, usually within 10 nm. Because FRET depends on distance, it is often called a molecular or spectroscopic ruler. The strength of the signal is measured as FRET efficiency, which describes...

surface plasmon resonance (spr)

Surface plasmon resonance, or SPR, is a way to track biomolecular binding on a label-free biosensor. It is used to measure molecular affinity, kinetics, specificity, and concentration. The method works with a thin metal layer on a prism, where changes in reflected light reveal interactions in real time. SPR sensors use a thin layer of a noble metal on the face of a prism. Light is reflected from the prism-metal interface into a photodetector. At one specific angle, called the surface plasmon...

biochemistry

이 컬렉션은 선호도 크로마토그래피와 같은 일반적으로 사용되는 정제 방법과 MALDI-TOF와 같은 분석 방법을 제공합니다. 또한, 비디오는 공동 면역 침전 및 대사 라벨링과 같은 생체 분자 상호 작용 및 기능을 평가하는 방법을 선보이고 있습니다.

Explore how SPR biosensors track biomolecular binding in real time, measure kinetics, and support imaging methods such as SPRi and LSPR.

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics | JoVE K12

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

HS. Waves and Electromagnetic Radiation

HS-PS4-5.

Life Science

matter-and-energy-in-organisms-and-ecosystems

Matter and Energy in Organisms and Ecosystems

HS-LS1-6.

Overview

Principles of SPR

SPR Sample Preparation and Experimental Protocol

Applications

Summary

Travelling Waves

A wave is a disturbance that propagates from its source, repeating itself periodically, and is typically associated with simple harmonic motion. ...

Wave Parameters

The simplest mechanical waves are associated with simple harmonic motion and repeat themselves for several cycles. These simple harmonic waves can be ...

Equations of Wave Motion

Mathematically, the motion of a wave can be studied using a wavefunction. Consider a string oscillating up and down in simple harmonic motion, having a ...

Graphing the Wave Function

Consider the wave equation for a sinusoidal wave moving in the positive x-direction. The wave equation is a function of both position and time. From the ...

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Velocity and Acceleration of a Wave

A wave propagates through a medium with a constant speed, known as a wave velocity. It is different from the speed of the particles of the medium, which ...

Speed of a Transverse Wave

The speed of a wave depends on the characteristics of the medium. For example, in the case of a guitar, the strings vibrate to produce the sound. The ...

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Kinetic and Potential Energy of a Wave

All forms of waves carry energy; this is directly visualized in nature. For instance, the waves of earthquakes are so intense that they can shake huge ...

Energy and Power of a Wave

The total energy associated with a wavelength is the sum of the potential energy and the kinetic energy. The average rate of energy transfer associated ...

Propagation of Waves

When a wave propagates from one medium to another, part of it may get reflected in the first medium, and part of it may get transmitted to the second ...

Sound Waves

Sound waves can be thought of as fluctuations in the pressure of a medium through which they propagate. Since the pressure also makes the medium&#39;s ...

Sound as Pressure Waves

Sound waves, which are longitudinal waves, can be modeled as the displacement amplitude varying as a function of the spatial and temporal coordinates. As ...

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Speed of Sound in Solids and Liquids

Most solids and liquids are incompressible&#8212;their densities remain constant throughout. In the presence of an external force, the molecules tend to ...

Speed of Sound in Gases

The speed of sound in a gaseous medium depends on various factors. Since gases constitute molecules that are free to move, they are highly compressible. ...

Doppler Effect - I

The Doppler effect and Doppler shift were named after the Austrian physicist and mathematician Christian Johann Doppler in 1842, who conducted experiments ...

Doppler Effect - II

The Doppler effect has several practical, real-world applications. For instance, meteorologists use Doppler radars to interpret weather events based on ...

Shock Waves

While deriving the Doppler formula for the observed frequency of a sound wave, it is assumed that the speed of sound in the medium is greater than the ...

Echo

The human ear cannot distinguish between two sources of sound if they happen to reach within a specific time interval, typically 0.1 seconds apart. More ...

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Electromagnetic Waves

James Clerk Maxwell formulated a single theory combining all the electric and magnetic effects scientists knew during that time, calling the phenomena his ...

Generating Electromagnetic Radiations

The German physicist Heinrich Hertz (1857&#8211;1894) was the first to generate and detect certain types of electromagnetic waves in the laboratory. ...

Electromagnetic Wave Equation

Maxwell&#39;s equations for electromagnetic fields are related to source charges, either static or moving. These fields act on a test charge, whose ...

propagation-speed-of-electromagnetic-waves

Propagation Speed of Electromagnetic Waves

Electromagnetic waves are consistent with Ampere&#39;s law. Assuming there is no conduction current Ampere&#39;s law is given as:


Consider a plane ...

Electromagnetic Waves in Matter

Electromagnetic waves can travel in the vacuum as well as in matter. For example light, which is an electromagnetic wave, can travel through air, water, ...

Energy Carried By Electromagnetic Waves

Anyone who has used a microwave oven knows there is energy in electromagnetic waves. Sometimes, this energy is obvious, such as in the summer sun&#39;s ...

The Wave Nature of Light

The nature of light has been a subject of inquiry since antiquity. In the seventeenth century, Isaac Newton performed experiments with lenses and prisms ...

Use mathematical representations to support a claim regarding relationships among the frequency, wavelength, and speed of waves traveling in various media. [Clarification Statement: Examples of data could include electromagnetic radiation traveling in a vacuum and glass, sound waves traveling through air and water, and seismic waves traveling through the earth.] [Assessment Boundary: Assessment is limited to algebraic relationships and describing those relationships qualitatively.]

HS-PS4-1

The Electromagnetic Spectrum

Electromagnetic waves are categorized according to their wavelengths and frequencies, giving the electromagnetic spectrum. These waves are classified as ...

Classification of Signals

Signals are categorized as Continuous-time or discrete-time, Periodic or aperiodic, Analog or digital, and Causal or noncausal.
A continuous-time signal ...

Discrete Fourier Transform

Consider a vibration sensor that continuously captures data in the form of a continuous time-dependent signal.
However, in reality, the sensor can only ...

Discrete-Time Fourier Series

The Discrete-Time Fourier Series is a counterpart to the Fourier-series expansion of continuous-time periodic signals.
Calculating the expansion ...

Sampling Theorem

Consider the continuous-time signal x(t), and a train of impulses where Ts,&#xA0; is the sampling interval, and fs, is the sampling frequency.
Multiplying ...

Properties of Fourier Transform I

In radio broadcasting, Fourier Transform properties are applied in simultaneous multi-channel transmission, adjusting audio clip speeds, live broadcast ...

Signal and System

Signals are sets of data or information.
One-dimensional signals include single-variable functions, such as the variations in air pressure over time in ...

Methods of Documentation VII: EMR

Electronic Medical Records (EMRs) primarily center around electronically documenting patients&#39; health information within a single healthcare ...

Fast Fourier Transform

The Fast Fourier Transform, FFT, is a computational algorithm for calculating the Discrete Fourier Transform by breaking the calculations into smaller, ...

reconstruction-of-signal-using-interpolation

Reconstruction of Signal using Interpolation

Consider a continuous signal and its sampled counterpart with a sampling period T.
Applying a zero-order hold to the sampled signal results in a piecewise ...

Downsampling

Consider a sampled sequence with zero values between sampling instants. Replace it by taking every N-th value of the sampled sequence.
The original and ...

Design Example

An engineer designs a circuit for a speaker system with a 2 kHz crossover frequency requirement, considering the speaker&#39;s resistance of 8 ohms.
The ...

Upsampling

Consider a decimated signal with a reduced frequency range due to its lower sampling rate.
Insert zeros between each sample to upsample, that introduces ...

Properties of DTFT I

Consider two discrete-time signals, each with their respective Discrete-Time Fourier Transforms DTFTs.
The signals are first multiplied by constants a and ...

Relation of DFT to z-Transform

The Discrete Fourier Transform (DFT) analyzes the frequency content of discrete-time signals.
It maps the N-sampled discrete time-domain sequence to its ...

Feedback control systems

Feedback control systems are categorized as linear or nonlinear, time-varying or time-invariant, and classified by signal types as continuous or ...

Properties of the z-Transform I

Certain properties provide a solid foundation for analyzing discrete-time systems using the Z-transform.
Considering two discrete-time signals, the ...

Magnetic Resonance Imaging

Magnetic resonance imaging (MRI) is a noninvasive medical imaging technique based on a phenomenon of nuclear physics discovered in the 1930s, in which ...

Evaluate questions about the advantages of using digital transmission and storage of information. [Clarification Statement: Examples of advantages could include that digital information is stable because it can be stored reliably in computer memory, transferred easily, and copied and shared rapidly. Disadvantages could include issues of easy deletion, security, and theft.]

HS-PS4-2

Interference and Superposition of Waves

When two waves of the same nature occur in the same region simultaneously, they result in interference. Interference of waves implies that the net effect ...

Sound Waves: Interference

Sound waves can be modeled either as longitudinal waves, wherein the molecules of the medium oscillate around an equilibrium position, or as pressure ...

Interference: Path Lengths

Consider two sources of sound, that may or may not be in phase, emitting waves at a single frequency, and consider the frequencies to be the same.
Two ...

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concept-of-resonance-and-its-characteristics

Concept of Resonance and its Characteristics

If a driven oscillator needs to resonate at a specific frequency, then very light damping is required. An example of light damping includes playing piano ...

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Sound Waves: Resonance

Resonance is produced depending on the boundary conditions imposed on a wave. Resonance can be produced in a string under tension with symmetrical ...

Reflection of Waves

When a wave travels from one medium to another, it gets reflected at the boundary of the second medium. A common example of this is when a person yells at ...

Standing Waves

Sometimes waves do not seem to move; rather, they just vibrate in place. Unmoving waves can be seen on the surface of a glass of milk kept in a ...

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Modes of Standing Waves - I

A close look at earthquakes provides evidence for the conditions appropriate for resonance, standing waves, and constructive and destructive interference. ...

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Evaluate the claims, evidence, and reasoning behind the idea that electromagnetic radiation can be described either by a wave model or a particle model, and that for some situations one model is more useful than the other. [Clarification Statement: Emphasis is on how the experimental evidence supports the claim and how a theory is generally modified in light of new evidence. Examples of a phenomenon could include resonance, interference, diffraction, and photoelectric effect.] [Assessment Boundary: Assessment does not include using quantum theory.]

HS-PS4-3

SPR Biosensors for Tracking Binding Kinetics

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