经典SPR技术：生物传感检测的
介绍
当涉及到用于生物传感、环境监测、临床诊断或阐明蛋白-蛋白相互作用的实时、无标记光学技术时，大多数研究人员通常会想到表面等离子体共振(spr)技术。一般来说，spr信号产生于薄金属表面生物分子相互作用导致的局部折射率变化，因此不需要标记，数据可以实时收集。传统的spr已经建立了几十年，局域表面等离子体共振 (lspr)技术也走向了商业化。这两种技术在仪器相关设计和检测细节的区别将在下面进行概述。
传统spr的优势
affinite的spr仪器的核心技术使用了kretschmann配置，其中入射光与连接到玻璃棱镜的薄金膜上的表面等离子体相互作用(图1)。消逝波垂直于金属表面传播到周围的样品介质中。这些消逝波对金属薄膜表面[1]到200-300nm范围内的任何折射率变化都很敏感。这是spr检测灵敏度的关键，只有在这个区域内的折射率变化才会影响spr的响应。例如，与表面受体结合的蛋白质的存在会引起表面等离子体条件的变化，从而改变spr的响应，这在我们的仪器中是用波长测量的(可以很容易地转换为共振单位)。
图1所示 基于kretschmann结构的spr设计图像
是什么使affinite的仪器成为大多数应用、质量控制和检测开发的平台?
棱镜上的金膜厚度为50nm，已被证明能提供高灵敏的测量[2]。这也是市场上大多数spr仪器的标准和配置。此外，我们的spr仪器使用波长模式，而不是角度。因此，光学组件使我们的平台保持紧凑和稳健，并减少受到物理振动或扰动产生的噪声的影响。最重要的是，由于这种技术的折射特性，光线不需穿透样本，可以使用血清和血浆等复杂的基质。自从几十年前传统的spr出现以来，已经有无数的文献对金表面钝化以减少非特异性吸附进行了研究。affinite同时也优化了一种名为afficoat的试剂，可以降低生物样本与芯片表面的非特异结合。最重要的是，由于我们易于使用的spr平台、直观的软件和创新的knx2泵模块，获得感兴趣的生物分子相互作用的动力学和亲和力信息非常简单。
传统spr在生物传感、分析开发和其他应用方面的主要优势
*最少的样品准备
*对表面的结合作用引起的表面折射率变化具有高灵敏度*在表面化学、分析开发、亲和力和动力学测定和应用方面有许多文献参考*可用于复杂的样品，如临床样本
局域表面等离子体共振技术lspr呢?
lspr使用的不是金属薄膜，而是圆形的纳米颗粒以及其他形状的纳米颗粒，比如直径通常小于100nm的纳米圆盘、纳米棒和纳米三角形[3]，它们要么用于溶液中，要么固定在透明的基底上。对于固定的lspr, spr信号依赖于介质的局部折射率。当入射光激发纳米颗粒时，表面等离子体激元(或自由电子振荡)被限制在纳米颗粒的边界内(图2)。lspr采用透射模式，峰值吸收波长的偏移将对应于纳米颗粒表面局部折射率的变化。
图2 局域表面等离子体共振技术lspr光路示意图
虽然lspr看起来是一个更简单的过程，但在信号重复性、灵敏度和信噪比方面面临一系列问题。由于lspr等离子体激元峰增宽，传感器性能等问题，检测时可能会发生结果重复性低的问题。这可能与纳米颗粒的辐射阻尼，以及这些纳米颗粒的尺寸、形状、表面粗糙度和材料不均匀性的组合有关[4,5]。如果纳米颗粒表面与聚集体不一致，则固定蛋白的密度可能会发生变化，这会影响灵敏度。此外，lspr实验的噪声也高于传统的spr[7,8]。当低浓度的分析物被检测时可能会遇到信噪比问题。，随着实验的进行，纳米颗粒的量会相应减少[7,9]。
虽然自21世纪初[6]以来，关于lspr的文献数量开始增加，但在纳米粒子表面化学的优化方面仍有差距。而纳米颗粒的非特异性结合一直是一个难以克服的问题[6,9]。当涉及临床样本这样的复杂基质时，尤其如此[9]。
结论
传统的spr和lspr通过不同的光路设计提供信号。然而，平面金属薄膜的表面化学性质更加稳定，而且spr信号不像lspr那样严重依赖于纳米颗粒的性能和质量。纳米颗粒的表面化学必须精细控制，其性能才得以保障。进一步探索lspr现象和其应用依然需要一个过程。
总之，传统的spr工具，如affinite instruments提供:
*金薄膜的均匀性，检测重复性好
*基于波长检测的仪器设计，运行稳定
*对于复杂的生物样品，亦能提供优良的检测效果
*完善的表面修饰策略，临床应用的案例，以及的期刊文献
考虑到以上所有观点，affinite的spr仪器基于传统的spr技术设计，因为它是一种更可靠的方法，可以为研究人员提供高质量的数据，没有任何不确定性。
affinite优势
✓affinite instruments的p4spr、qspr是一种非常友好的检测仪器。
✓与传统的elisa免疫分析相比，affinite instruments的spr仪器提供快速、实时的亲和力和动力学数据。
✓简单----轻松易学，快速取得试验结果。
✓多功能性----生物制药，生物传感，分析方法开发及应用。
✓经济----实惠，方便。
affinite instruments公司的spr仪器使用性价比高，实验耗材传感芯片价格友好，是一款真正普通实验室即可买得起用得起的互作检测仪器，同时免于维护的负担。
文献参考
[1] maxime couture, ludovic s. live, anuj dhawan and jean-francois masson. eot or kretschmann configuration? comparative study of the plasmonic modes in gold nanohole arrays. analyst, 2012, 137, 4162.
[2] gwon, h.r.; lee, s.h. spectral and angular responses of surface plasmon resonance based on the kretschmann prism configuration. mater. trans. 2010, 51, 1150–1155.
[3] amanda j. haes, richard p. van duyne. a unified view of propagating and localized surface plasmon resonance biosensors. anal bioanal chem, 2004, 379, 920–930.
[4] mikael svedendahl, si chen, alexandre dmitriev, and mikael kall. refractometric sensing using propagating versus localized surface plasmons: a direct comparison. nano lett., 9, 2009, 4428-4433.
[5] k, takemura. surface plasmon resonance (spr)- and localized spr (lspr)-based virus sensing systems: optical vibration of nano- and micro-metallic materials for the development of next-generation virus detection technology. biosensors, 2021, 11, 250.
[6] m.-carmen estevez, marinus a. otte, borja sepulveda, laura m. lechuga. trends and challenges of refractometric nanoplasmonic biosensors: a review. anal. chim. acta, 2014, 806, 55–73.
[7] jacqueline jatschka, andré dathe, andrea csáki, wolfgang fritzsche, ondrej stranik. propagating and localized surface plasmon resonance sensing — a critical comparison based on measurements and theory. sens. bio-sens. res., 2016, 7 62–70.
[8] chanda ranjit yonzon, eunhee jeoung, shengli zou, george c. schatz, milan mrksich, and richard p. van duyne. a comparative analysis of localized and propagating surface plasmon resonance sensors: the binding of concanavalin a to a monosaccharide functionalized self-assembled monolayer. j. am. chem. soc., 2004, 126, 12669-12676.
[9] andreas dahlin. biochemical sensing with nanoplasmonic architectures: we know how but do we know why? annu. rev. anal. chem., 2021, 14, 281–9.
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当涉及到用于生物传感、环境监测、临床诊断或阐明蛋白-蛋白相互作用的实时、无标记光学技术时，大多数研究人员通常会想到表面等离子体共振(spr)技术。一般来说，spr信号产生于薄金属表面生物分子相互作用导致的局部折射率变化，因此不需要标记，数据可以实时收集。传统的spr已经建立了几十年，局域表面等离子体共振 (lspr)技术也走向了商业化。这两种技术在仪器相关设计和检测细节的区别将在下面进行概述。
传统spr的优势
affinite的spr仪器的核心技术使用了kretschmann配置，其中入射光与连接到玻璃棱镜的薄金膜上的表面等离子体相互作用(图1)。消逝波垂直于金属表面传播到周围的样品介质中。这些消逝波对金属薄膜表面[1]到200-300nm范围内的任何折射率变化都很敏感。这是spr检测灵敏度的关键，只有在这个区域内的折射率变化才会影响spr的响应。例如，与表面受体结合的蛋白质的存在会引起表面等离子体条件的变化，从而改变spr的响应，这在我们的仪器中是用波长测量的(可以很容易地转换为共振单位)。
图1所示 基于kretschmann结构的spr设计图像
是什么使affinite的仪器成为大多数应用、质量控制和检测开发的平台?
棱镜上的金膜厚度为50nm，已被证明能提供高灵敏的测量[2]。这也是市场上大多数spr仪器的标准和配置。此外，我们的spr仪器使用波长模式，而不是角度。因此，光学组件使我们的平台保持紧凑和稳健，并减少受到物理振动或扰动产生的噪声的影响。最重要的是，由于这种技术的折射特性，光线不需穿透样本，可以使用血清和血浆等复杂的基质。自从几十年前传统的spr出现以来，已经有无数的文献对金表面钝化以减少非特异性吸附进行了研究。affinite同时也优化了一种名为afficoat的试剂，可以降低生物样本与芯片表面的非特异结合。最重要的是，由于我们易于使用的spr平台、直观的软件和创新的knx2泵模块，获得感兴趣的生物分子相互作用的动力学和亲和力信息非常简单。
传统spr在生物传感、分析开发和其他应用方面的主要优势
*最少的样品准备
*对表面的结合作用引起的表面折射率变化具有高灵敏度*在表面化学、分析开发、亲和力和动力学测定和应用方面有许多文献参考*可用于复杂的样品，如临床样本
局域表面等离子体共振技术lspr呢?
lspr使用的不是金属薄膜，而是圆形的纳米颗粒以及其他形状的纳米颗粒，比如直径通常小于100nm的纳米圆盘、纳米棒和纳米三角形[3]，它们要么用于溶液中，要么固定在透明的基底上。对于固定的lspr, spr信号依赖于介质的局部折射率。当入射光激发纳米颗粒时，表面等离子体激元(或自由电子振荡)被限制在纳米颗粒的边界内(图2)。lspr采用透射模式，峰值吸收波长的偏移将对应于纳米颗粒表面局部折射率的变化。
图2 局域表面等离子体共振技术lspr光路示意图
虽然lspr看起来是一个更简单的过程，但在信号重复性、灵敏度和信噪比方面面临一系列问题。由于lspr等离子体激元峰增宽，传感器性能等问题，检测时可能会发生结果重复性低的问题。这可能与纳米颗粒的辐射阻尼，以及这些纳米颗粒的尺寸、形状、表面粗糙度和材料不均匀性的组合有关[4,5]。如果纳米颗粒表面与聚集体不一致，则固定蛋白的密度可能会发生变化，这会影响灵敏度。此外，lspr实验的噪声也高于传统的spr[7,8]。当低浓度的分析物被检测时可能会遇到信噪比问题。，随着实验的进行，纳米颗粒的量会相应减少[7,9]。
虽然自21世纪初[6]以来，关于lspr的文献数量开始增加，但在纳米粒子表面化学的优化方面仍有差距。而纳米颗粒的非特异性结合一直是一个难以克服的问题[6,9]。当涉及临床样本这样的复杂基质时，尤其如此[9]。
结论
传统的spr和lspr通过不同的光路设计提供信号。然而，平面金属薄膜的表面化学性质更加稳定，而且spr信号不像lspr那样严重依赖于纳米颗粒的性能和质量。纳米颗粒的表面化学必须精细控制，其性能才得以保障。进一步探索lspr现象和其应用依然需要一个过程。
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✓经济----实惠，方便。
affinite instruments公司的spr仪器使用性价比高，实验耗材传感芯片价格友好，是一款真正普通实验室即可买得起用得起的互作检测仪器，同时免于维护的负担。
文献参考
[1] maxime couture, ludovic s. live, anuj dhawan and jean-francois masson. eot or kretschmann configuration? comparative study of the plasmonic modes in gold nanohole arrays. analyst, 2012, 137, 4162.
[2] gwon, h.r.; lee, s.h. spectral and angular responses of surface plasmon resonance based on the kretschmann prism configuration. mater. trans. 2010, 51, 1150–1155.
[3] amanda j. haes, richard p. van duyne. a unified view of propagating and localized surface plasmon resonance biosensors. anal bioanal chem, 2004, 379, 920–930.
[4] mikael svedendahl, si chen, alexandre dmitriev, and mikael kall. refractometric sensing using propagating versus localized surface plasmons: a direct comparison. nano lett., 9, 2009, 4428-4433.
[5] k, takemura. surface plasmon resonance (spr)- and localized spr (lspr)-based virus sensing systems: optical vibration of nano- and micro-metallic materials for the development of next-generation virus detection technology. biosensors, 2021, 11, 250.
[6] m.-carmen estevez, marinus a. otte, borja sepulveda, laura m. lechuga. trends and challenges of refractometric nanoplasmonic biosensors: a review. anal. chim. acta, 2014, 806, 55–73.
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[8] chanda ranjit yonzon, eunhee jeoung, shengli zou, george c. schatz, milan mrksich, and richard p. van duyne. a comparative analysis of localized and propagating surface plasmon resonance sensors: the binding of concanavalin a to a monosaccharide functionalized self-assembled monolayer. j. am. chem. soc., 2004, 126, 12669-12676.
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