表面等離子共振技術(shù)（surface plasmon resonance technology, SPR）綜述
摘要：SPR技術(shù)作為檢測(cè)，分析生物分子相互作用的有效工具，有些國(guó)家已經(jīng)生產(chǎn)出成熟的商業(yè)化的SPR傳感系統(tǒng)。對(duì)SPR生物傳感器的工作原理，應(yīng)用領(lǐng)域，最新進(jìn)展作出闡述，并對(duì)其在生物分子檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究發(fā)展前景進(jìn)行了討論。
引言：表面等離子共振技術(shù)（surface plasmon resonance technology, SPR）是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種生物分子檢測(cè)技術(shù)，是基于SPR檢測(cè)生物傳感芯片（biosensor chip）上配位體與分析物作用的一種前沿技術(shù)。
在20世紀(jì)初，Wood觀測(cè)到連續(xù)光譜的偏振光照射金屬光柵時(shí)出現(xiàn)了反常的衍射現(xiàn)象，并且對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了公開描述。1941年，F(xiàn)ano用金屬與空氣界面的表面電磁波激發(fā)模型對(duì)這一現(xiàn)象給出了解釋。
1957年，Ritchie發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子穿過(guò)金屬薄片時(shí)存在數(shù)量消失峰。他將這種消失峰稱之為“能量降低的”等離子模式，并指出了這種模式和薄膜邊界的關(guān)系，第一次提出了用于描述金屬內(nèi)部電 子密度縱向波動(dòng)的“金屬等離子體”的概念。2年后，Powell和Swan用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Ritche的理論。
隨后，Stem和Farrell給出了這種等離子體模式的共振條件，并將其稱為“表面等離子共振技術(shù)（surface plasmon resonance , SPR）”。1968年，Otto和Kretschmann等人研究了金屬和介質(zhì)界面用光學(xué)方式激發(fā)SPR的問(wèn)題。并分別設(shè)計(jì)了兩種棱鏡耦合方式。
此后，SPR技術(shù)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。1990年，國(guó)際上第一臺(tái)商業(yè)生產(chǎn)的生物傳感器在瑞典的Biocore公司誕生。實(shí)踐證明，SPR傳感器與傳統(tǒng)檢測(cè)手段比較，具有無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，靈敏度高等突出優(yōu)點(diǎn)。
所以，在醫(yī)學(xué)診斷，生物監(jiān)測(cè)，生物技術(shù)，藥品研制和食品安全檢測(cè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
基本原理
1 消失波，在波動(dòng)光學(xué)沒有發(fā)展起來(lái)以前，菲涅爾定理很好地描述了光在介質(zhì)表面的行走路徑。（n1 sinθ1 = n2 sinθ2 ）, 可以看出，當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)（n1>n2）就會(huì)有全反射現(xiàn)象的產(chǎn)生。
但以波動(dòng)光學(xué)的角度來(lái)重新研究全反射的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)，全反射的光波會(huì)透過(guò)光疏介質(zhì)約為光波波長(zhǎng)的一個(gè)深度，再沿界面流動(dòng)約半個(gè)波長(zhǎng)再返回光密介質(zhì)。光的總能量沒有發(fā)生改變。透入光疏介質(zhì)的光波成為消失波。
2表面等離子波; 等離子體通常是指由密度相當(dāng)高的自由正、負(fù)電荷組成的氣體，其中正、負(fù)帶電粒子數(shù)目幾乎相等，內(nèi)部不形成空間電荷。如果把金屬的價(jià)電子看成是均勻正電荷背景下運(yùn)動(dòng)的電子氣體，這實(shí)際上也是一種等離子體。
當(dāng)金屬受到電磁干擾的時(shí)，金屬中的電子密度分布就會(huì)變得不均勻。設(shè)想在某一區(qū)域電子密度低于平均密度，那么就會(huì)形成局部的正電荷過(guò)剩。
這時(shí)由于庫(kù)侖引力作用，會(huì)把近鄰的電子吸引到該區(qū)域，而被吸引的電子由于獲得附加的動(dòng)量，又會(huì)使該區(qū)域聚集過(guò)多的負(fù)電荷,然而，由于電子間的排斥作用，使電子再度離開該區(qū)域，從而形成價(jià)電子相對(duì)于正電荷背景的起伏振蕩。
由于庫(kù)侖力的長(zhǎng)程作用，這種局部的電子密度振蕩將形成整個(gè)電子系統(tǒng)的縱向集體振蕩，并以密度起伏的波的形式來(lái)表現(xiàn)。可知，金屬中的價(jià)電子相當(dāng)于正離子背景的這種振蕩與導(dǎo)電氣體中的等離子振蕩相似，故稱為金屬中的等離子振蕩。
表面等離子振蕩也是如此，我們可以看成其內(nèi)部也有一定的電子振蕩波的存在。
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