基于光束分解技术的二维SPR检测技术及应用研究

Surface Plasmon Resonance (SPR) biosensing is a label-free and real-time detection technique with high sensitivity. SPR sensing plays a more and more important role in biological, medical and chemical sciences. From methodology point of view, single point SPR sensing has very low throughput, although it is with high sensitivity. Recently, more and more two-dimensional SPR sensors have been developed. As mechanical scanning was introduced into two-dimensional scanning SPR detection, it is very difficult to improve the technical performance when the sensing resolution comes into 10-7 RIU. In this project, we develop a two-dimensional SPR parallel sensing methods based on a beam division without mechanical scanning. With a micro lens array element, we can set up a multipoint 2-D SPR sensing system with a high refractive index resolution and a wide dynamic range. To realize biomedical applications of the beam-division based SPR biosensor, we functionalize sensor surface by linking aptamer as probes to detect pathogenic microorganisms using multi-channel microfluidic systems. The method could have great potential applications in high-throughput analysis for the hybridization of biomedical molecules because of its non-mechanical scanning merits.

表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)检测技术是一种高灵敏、无需标记的光学检测技术。SPR技术在点探测检测方法的基础上发展出可以进行多点探测的二维面扫描检测方法。在对多种二维面扫描SPR检测方法分析后，我们认为单纯通过改进机械扫描检测方式的方法已经很难再继续提高二维面扫描SPR检测技术的技术性能指标。在本项目中，我们将发展一种基于光束分解技术的非机械扫描的二维多点并行探测的SPR检测技术，其将具有高折射率分辨率、高检测信息通量的优势，并将实现对二维平面的待测样品的实时探测。在传感器识别元件方面，我们采用核酸适配体作为探针，以病原微生物为检测对象，来验证这一新的检测技术，在此基础上形成一套适用病原微生物检测的SPR检测系统。我们认为非机械扫描方式的二维多点SPR检测技术将进一步拓展SPR检测技术的使用范围。

表面等离子体共振是一种高灵敏且无需标记分析物的光学传感技术。在本项目执行中，课题组研究了非机械扫描的二维多点实时并行探测的SPR检测方法，并在此基础上初步实现了多点检测。系统使用了一体化的光机设计，加入了微流控系统，增加了参考通道，采用了友好的软件界面设计，对其处理算法进行了优化。经过测试，系统的分辨率可以达到10^-6RIU，单次采样时间小于一秒，极大地减少了外界温度波动带来的影响。.生物检测是SPR 传感器的重要应用领域。SPR 传感器在应用于生物检测时通常需要对传感芯片进行表面修饰以链接作为配体的探针分子。在项目中，我们提出了溶液循环表面修饰方法，并利用人免疫球蛋白与金黄色葡萄球菌细胞壁蛋白A 之间的特异性吸附过程监测实验验证了该方法的可行性。我们利用该方法对比研究了SPR传感器的生物分子检测性能，发现在检测低浓度样品时SPR 传感器可以获得具有更高信噪比的分子结合动力学曲线。我们用这一系统检测了多种DNA探针与目标分子的结合反应。项目执行期间，发表了标注的SCI论文11篇。