表面等离子体共振成像传感器的表面化学构建与应用

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表面等离子体共振成像(Surface Plasmon Resonance imaging,SPRi)生物传感器是一种具有高通量、无标记、实时检测和动力学分析等优点的新型生化分析技术。作为传统SPR传感器的一种最新发展,SPRi传感器高通量检测的优势和成像能力的集成大大拓展了其应用范围和发展前景。SPRi传感器检测性能的不断提高,是推动其进一步应用和发展的强劲动力。  表面化学是构建SPRi传感器的关键环节,定义了SPRi传感器的生化界面,决定了生物分子在传感器表面的固定量、固定方式和空间分布,对提高SPRi传感器的检测性能具有十分重要的作用。本文从提高生物分子的固定量和检测效率两个方向出发,对SPRi传感器表面化学的构建方法进行研究,以促进SPRi传感器性能的提高及其在高通量检测方面的应用。  在提高生物分子的表面固定量方面,我们研究了基于光交联方法的葡聚糖水凝胶三维表面的构建方法。我们通过一系列的表征手段,确认了表面制备的成功性。我们对表面制备的参数进行了优化,并通过控制葡聚糖分子的分子量以及表面羧基末端硫醇的比例,对三维表面的厚度和密度进行了有效调控。葡聚糖表面SPRi传感器的蛋白固定能力达到了裸金表面的10倍以及二维SAM表面的20倍。在如此高固定量的基础上,SPRi传感器对小分子的检测能力大大提高,对4nM生物素在表面结合的检测信号达到了435 RU。在葡聚糖表面制备的高通量药物靶标蛋白阵列上,我们成功的利用SPRi传感器进行了药物小分子与靶标蛋白相互作用亲和力的高通量分析,其结果与文献报道相符。  在提高表面单位固定量生物分子的检测效率方面,我们分别构建了微接触印刷图案化的表面引发聚合三维表面,以及等离子体处理的聚苯乙烯薄膜表面(PPS)。我们对两种表面的制备参数进行了优化,并通过表征确认了表面的制备效果。两种表面分别通过增加三维表面的比表面积,以及优化表面形貌及生物分子的空间分布的方式,都有效提高了表面固定蛋白的检测效率。其中,图案化三维表面的蛋白检测信号是未图案化表面的2倍,检测效率为其4倍。PPS表面的蛋白检测信号最高达到了二维SAM表面的7倍,检测效率达到了其2.2倍。  本文所构建的三种表面化学方法,提高了SPRi传感器的生物分子固定量和检测效率,增强了其检测性能,推动了该技术在药物筛选等高通量分析领域的应用。
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