SPR检测仪监控与分析软件设计.pdf

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1、浙 I ：大学硕上学他论文摘要 摘要 S P R 传感检测技术与传统检测技术相比，具有灵敏度高、样品无需标记、所 需样品量少、能实时动态检测等优点，在生物技术、医学诊断、药物研制、食品 安全和环境检测等领域都有广阔的应用前景。目前商业化的S P R 检测仪器自动进 样系统较为复杂，且大多都是从国外购买，存在体积大、成本高的缺点，限制了 它们的推广运行。因此，研制一种基于S P R 技术的全自动、高灵敏、低成本的新 一代小型S P R 检测分析仪，能有效改变检测仪现状，扩大检测仪的应用范围，对 社会产生巨大的经济效益。 本文主要设计开发全自动多通道表面等离子体共振( S P R ) 检测仪的自动

2、监 控与分析软件，研究S P R 光谱信号数据处理方法以及S P R 检测仪性能指标标定方 法。主要研究内容包括： 采用V i s u a lC + + 和A c c e s s 数据库技术编写S P R 检测仪监控分析软件，可实 现数据采集、处理、分析、显示、保存与查询，并与自动进样装置通信实现全自 动进样。 研究S P R 光谱信号的数据处理方法。针对S P R 共振像素获取方法，在研究质 心法的基础上，提出一种无基线质心法，不仅提高运算速度和信噪比，而且因其 计算质心的区域不同，拓宽了质心法的研究方向。 针对S P R 传感器及检测仪性能指标缺乏统一标准标定方法的问题，在比较国 内外S

3、P R 传感器性能指标标定方法的基础上，总结提出了S P R 传感器及检测仪主 要性能指标的标定方法。 通过氯化钠实验获取实验数据，分析不同质心法对S P R 检测仪性能的影响； 通过蔗糖实验，利用总结提出的性能标定方法测量自行研制的S P R 检测仪的性能 指标；利用S P R 第二型检测仪开展2 。4 - D 生物抑制实验，分析其性能情况以及可 能存在的问题，同时验证了软件的全自动进样功能的稳定性。 关键词：表面等离子体共振；检测仪；监控软件；全自动进样；质心法：性 能指标 浙江人学硕上学位论文A b s t r a c t A b s t r a c t T h eS u r f a c

4、 eP l a s m o nR e s o n a n c ed e t e c t i o nt e c h n i q u eh a s a d v a n t a g e sa sh i g h s e n s i t i v i t y , l a b e l - f r e e ，l e s ss a m p l en e e d e da n dr e a l t i m ed e t e c t i o nc o m p a r e dw i t l l t r a d i t i o n a ld e t e c t i o nt e c h n i q u e S oi t

5、W a sw i d e l yu s e di nb i o m e t r i c s ，c l i n i cd i a g n o s i s ， m e d i c i n e ，f o o dd e t e c t i o na n de n v i r o n m e n t a lm o n i t o re t c H o w e v e r , m o s tc o m m e r c i a l S P Ri n s t r u m e n t sh a v ec o m p l e xa u t o - s a m p l e rs y s t e m ，m o s t

6、o ft h e ma r ep u r c h a s e d f r o ma b r o a d ，h a v i n gd i s a d v a n t a g e so fl a r g ev o l u m ea n dh i g h - c o s t ，w h i c hl i m i tt h e i r p r o m o t i o no fU S e T h e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n to faf u l l ya u t o m a t e d , h i g hs e n s i t i v i t y a n

7、 dl o w - c o s tS P Rd e t e c t i o ni n s t r u m e n t ，C a ne f f e c t i v e l y c h a n g et h e s i t u a t i o no f d e t e c t o r ，e n l a r g ea p p l i c a t i o nr a n g eo fd e t e c t o r , a n db r i n gh u g es o c i a la n de c o n o m i c b e n e f i t s T h i sp a p e rd e s i g

8、 n e da n dd e v e l o p e da na u t o m a t i cm o n i t o r i n ga n da n a l y s i s s o f t w a r ef o ras e l f - d e v e l o p e da u t o m a t i cd u a l c h a n n e lS P Rd e t e c t o r D a t ap r o c e s s i n g m e t h o d sa n dp e r f o r m a n c ec a l i b r a t i o nm e t h o d sw e r

9、 es t u d i e df o rt h i sS P Rd e t e c t o r T h e m a i nr e s e a r c hi n c l u d e s ： S P Rd e t e c t o r Sm o n i t o r i n ga n da n a l y s i ss o f t w a r ew e r ed e v e l o p e du s i n gV i s u a l C + + a n dA c c e s sd a t a b a s et e c h n i q u e ，a n di tW a su s e df o rd a

10、t ac o l l e c t i n g ，p r o c e s s i n g ， a n a l y z i n g ，d i s p l a y i n g ，s a v i n ga n dq u e r y i n g ，a l s oa c h i e v e da u t o m a t i ci n j e c t o rb y c o m m u n i c a t i n g 、们t 1 1t h ea u t o m a t i cs a m p l i n gd e v i c e R e s e a r c ho fd a t a p r o c e s s i

11、 n gm e t h o d s o fS P Rs p e c t r u mW a sd e v e l o p e d A c c o r d i n gt o m e t h o df o r d e t e r m i n i n gS P Ra n g l e ，ac e n t r o i da l g o r i t h mo f w i t h o u t b a s e l i n ew a sp r o p o s e db a s e do na n a l y s i so fc e n t r o i da l g o r i t h m ，i tn o to n

12、 l y i m p r o v e dc o m p u t i n gs p e e da n ds i g n a lt on o i s er a t i o ，b u ta l s ob r o a d e n e dt h er e s e a r c h d i r e c t i o no fc e n t r o i da l g o r i t h mb e c a u s eo fi t sd i f f e r e n tc a l c u l a t i o n a la r e a A c c o r d i n gt ot h ei s s u eo fn o n

13、 s t a n d a r da n du n u n i f i e dp e r f o r m a n c ec a l i b r a t i o n m e t h o d sf o rS P Rs e n s o ra n dd e t e c t o r , t h es t a n d a r dc a l i b r a t i o nm e t h o do fk e y p e r f o r m a n c e i n d i c a t o r s f o rS P Rs e n s o ra n dd e t e c t o rw e r e p r o p o

14、s e d b a s e d 1 1 1 浙江人学硕上学化论文 A b s t r a c t o nS u m m a r i z i n gd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc a l i b r a t i o nm e t h o d s A n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo f t h r e ed i f f e r e n tc e n t r o i da l g o r i t h m so nS P Rd e t e c t o rb y u s i n gt h ee x p

15、 e r i m e n t a ld a t ao b t a i n e df r o me x p e r i m e n to fS o d i u mC h l o r i d e M e a s u r e d t h ep e r f o r m a n c ei n d i c a t o r so ft h e s e l f - d e v e l o p e dS P Rd e t e c t o rw i t l ls e l f - p r o p o s e d m e t h o db ye x p e r i m e n to fS u c r o s e 2

16、, 4 - Db i o l o g i c a li n h i b i t i o n e x p e r i m e n t sw e r e c a r r i e do u to ns e l f - d e v e l o p e dS P Rd e t e c t o r , a n a l y z e dt h e i rp e r f o r m a n c ea sw e l la s p o s s i b l ep r o b l e m s ，a n dv e r i f i e dt h es t a b i l i t yo fs o f t w a r e Sa

17、 u t o m a t i cs a m p l ef u n c t i o n K e y w o r d s ：S u r f a c eP l a s m o nR e s o n a n c e ；d e t e c t o r ；m o n i t o r i n gs o f t w a r e ；f u l l y a u t o m a t i cs a m p l e ；c e n t r o i d ；p e r f o r m a n c ei n d i c a t o r I V 浙r l = 大学硕上学化论文口录 目录 致谢I 摘要I I A B S T R A

18、 C T I I I 1 绪论1 1 1 概述1 1 2S P R 检测技术的特点和应用领域2 1 3S P R 检测仪器的研究现状3 1 3 1 国外研究现状3 1 3 2 国内研究现状6 1 4 研究意义7 1 5 研究内容和目标7 2S P R 检测仪原理和整体结构9 2 1 表面等离子体共振的产生条件9 2 2S P R 传感器的分类1 0 2 2 1 角度调制型1 1 2 2 2 波长调制型1 1 2 3S P R 检测仪结构1 2 2 3 1S P R 传感器1 2 2 3 2 微型流通池1 3 2 3 3 自动进样系统1 5 2 3 4S P R 检测仪监控分析软件1 6 2 4

19、S P R 检测仪的特点1 6 3S P R 检测仪软件设计1 7 3 1 软件设计的原则与方法1 7 3 1 1 软件设计的基本原则1 7 3 1 2 软件设计方法1 8 3 2 软件需求分析1 9 3 2 1 数据流程1 9 3 2 2 控制流程2 1 3 2 3 页面展示2 2 3 2 4 编程语言的选择2 3 3 3 软件界面2 4 3 3 1S P R 信号界面2 4 3 3 2 数据监控界面2 5 3 4 软件功能实现2 7 3 4 1 自动化进样实现2 7 3 4 2 实验向导与实验队列2 8 3 4 3 数据保存与查询2 8 V _ 浙江大学硕上学化论文目录 3 5 软件工作流

20、程2 9 4S P R 数据处理方法及性能指标研究3 0 4 1S P R 光谱信号预处理3 0 4 2S P R 光谱信号分析法3 1 4 3 质心法3 2 4 3 1 固定基线质心法3 3 4 3 2 动态基线质心法3 4 4 3 3 无基线质心法3 6 4 4 基线平滑方法3 6 4 5 仪器性能指标定义及计算方法3 7 4 ，5 1 噪声和漂移3 7 4 5 2 灵敏度和分辨率3 8 4 5 3 线性度3 9 4 5 4 检出限3 9 4 5 5 动态范围4 0 4 5 6 重复性4 0 5S P R 检测仪实验与分析4 1 5 1S P R 传感器标定实验4 1 5 1 1 实验装置

21、和材料4 1 5 。1 2 实验步骤4 2 5 1 3 实验结果4 2 5 2S P R 光谱信号分析法对比实验4 6 5 2 1 实验装置与材料4 6 5 2 2 实验步骤4 7 5 2 3 实验结果4 7 5 3S P R 检测仪在生物实验中的应用4 9 5 3 1 实验装置与材料4 9 5 3 2 实验步骤5 0 5 3 3 实验结果5 0 6 总结与展望5 5 6 1 工作总结5 5 6 2 工作展望5 6 参考文献5 7 作者简历6 2 V I 1 绪论 医疗、环保、生物、食品检测等直接关系人类生存发展的诸 用。近年来，随着对痕量、微量样品的检测需求的不断提出， 对特殊物质、成分、状

22、态等被测对象的不断扩展，传统的检测技术已无法满足需 求，因此研究一种灵敏度高、通用性强、微量进样、能在线监测而小型价廉的检 测仪具有重要意义。 表面等离子体共振( S u r f a c eP l a s m o nR e s o n a n c e ，S P R ) 是一种物理光学现 象，由入射光波和金属表面的自由电子相互作用而产生。当入射光线从光密介质 照射到光疏介质时，在入射角大于临界角时，会发生全反射现象。如果在两种介 质界面之间存在几十纳米的金属薄膜，则全反射时产生的倏逝波的P 偏振分量( p 波) 会进入金膜，与金膜中的自由电子相互作用，激发出沿金膜表面传播的表面 等离子体波( S

23、 u r f a c eP l a s m o nW a v e ，S P W ) 。当入射光的角度或波长为某一特定 值时，倏逝波与表面等离子体将发生能量耦合产生共振，入射光的能量将被转移 到表面等离子体上，导致反射光能量急剧下降，在反射光谱上产生共振吸收峰， 此时入射光的角度或波长称为S P R 共振角或共振波长，如图1 1 所示。共振角或 共振波长与金膜表面介质的折射率密切相关。 光源探测器 图1 - 1S P R 检测原理图 光强 响应 信号 监控图 度 间 浙r 大学硕上学化论文 l 绪论 基于S P R 技术的传感器对其表面的介质非常敏感，流经传感器表面流体折射 率微小的变化( 1

24、0 - 61 0 一R I U ，r e f r a c t i v ei n d e xu n i t ) ，就能引起传感器输出的变化， 近年来基于S P R 技术的检测分析仪器应运而生，以其灵敏度高、所需试样少、样 品无需标记、响应速度快、可实现实时监控等特点，被广泛应用于生物、食品、 医疗、环境等领域。研制一种基于S P R 技术的灵敏、通用、便携、快速、廉价的 新一代S P R 检测分析仪，能有效改变检测仪现状，扩大检测仪的应用范围，促进 生物化学检测的进一步发展。 1 2S P R 检测技术的特点和应用领域 自L i e d b e r g 和N y l a n d e r 等在1

25、9 8 2 年首次运用S P R 技术进行气体检测和生物 检测以来【1 一，S P R 传感技术已经有了长足发展，广泛应用于医学、食品及环境科 学等领域。特别是近几年，新的技术理论和方法学的发展又推动了S P R 生物传感 器向小分子的相互作用研究、药物筛选、临床诊断、蛋白质组学等新兴的应用领 域扩展，各种应用于物理、化学和生物等领域的基于S P R 原理的传感器、检测仪 纷纷出现。实践证明，S P R 检测技术与传统检测手段相比，具有以下优点： 1 实时检测，能动态地监测生物分子相互作用的全过程。S P R 响应时间却在 O 1 s 数量级【3 ，4 1 ，可以监测在此时间尺度内的任何识别时

26、间和反应过程。采用S P R 检测技术与计算机技术相结合，可以将生物分子相互作用或样品浓度变化信息直 接显示在计算机屏幕上，可连续记录和跟踪检测信息，进而得出有价值的诊断。 2 样品无需标记，对样品无损。大多数生物分析方法需要对样品进行标记【5 】 如荧光免疫标记、放射性同位素标记及酶标记等。由于S P R 是对样品的折射率敏 感，所以不必对样品进行标记，简化了检测过程，也避免了标记物对样品检测造 成的干扰。 3 灵敏度高，无背景干扰。S P R 一般能检测到“n m o l L “ 量级的组分，如果 利用放大技术，其检测限可达到“f m o l L ”水平【6 】。根据衰减全反射原理，消失

27、波电厂在分界面出被放大，所以灵敏度很高，同时，由于倏逝波进入光疏介质深 度有限，使得S P R 传感器抗背景干扰能力强。 4 所需样品少。一般需要的样品体积在1 0 0 u l 左右，一个表面仅需约l u g 蛋 白配体【7 】o 2 浙江大学硕上学位论文 1 绪论 除此之外，还有应用范围广泛、检测过程方便、大多情况下不需对样品进行 预处理、能检测混浊不透明样品等特点。基于以上特点，S P R 检测技术在生物、 食品、医疗、环境等领域5 】得到广泛应用。 1 3S P R 检测仪器的研究现状 自从S P R 技术首次被用于传感器以来，其发展速度很快，该技术无论是在仪 器本身还是在应用领域都迈出

28、了巨大的步伐。国内外都在进行S P R 技术的研究应 用，每年的相关学术论文都在逐年增长。特别是在1 9 9 0 年，瑞典的B i a c o r e A B 公 司开发出世界上第一台商业化的S P R 生物传感器B i a c o r e T M 之后，S P R 生物传感 器的研究全面展开并不断深入，其应用范围不断扩大。 1 3 1 国外研究现状 目前国际上已有很多生产S P R 检测仪器的厂家，除上面提到的B i a c o r eA B 公 司外，美国的T e x a sI n s t r u m e n t s 公司、N o m a d i c s 公司和Q u a n t e c

29、h 公司，英国的 W i n d s o rS c i e n t i f i c 公司，荷兰的A u t o l a b 公司，日本的N i p p o nL a s e ra n dE l e c t r o n i c s L a b o r a t o r y 等，他们的S P R 仪器各有其特点，主要的S P R 产品见表1 1 。 表1 - 1 国外主要的S P R 产品以及公司信息 产品信息制造商公司地址 B i a c o r e B i a c o r eA B 瑞典 S p r e e t a T M T e x a sI n s t r u m e n t s 美国 S

30、e n s i Q N o m a d i c s 美国 Q u a n t e c hS P RQ u a n t e c h 美国 W i n d s o rS c i e n t i f i cW i n d s o rS c i e n t i f i c 英国 A u t o l a bS P R A u t o l a b 荷兰 S P R 6 7 0 N i p p o nL a s e ra n dE l e c t r o n i c sL a b o r a t o r y 日本 B i a c o r eA B 公司是最早推出S P R 仪器的公司，B i a c o r

31、 e 系列S P R 仪器的检测 原理均为K r e t s c h m a n n 棱镜型，主要由液体处理系统、光学系统、传感芯片以及 微机系统组成。传感芯片在一块玻璃上镀有l O O n m 厚的金膜，此玻璃片装在一个 塑料平板夹里面，用一种折射率与棱镜匹配的聚合物将芯片耦合到玻璃棱镜上。 浙 J = 人学硕上学位论文l 绪论 在传感芯片表面刻线作为微流通池，所以体积非常小，每个只有6 0 n L ，因此分析 过程耗样少。B i a c o r e X 系列中只有2 个微流通池，发展到B i a c o r e l 0 0 0 以后，流 通池数变为4 个，可独立分析多个样品。 B i a

32、c o r e 3 0 0 0 是B i a c o r e 系列产品中的高端产品，如图1 2 所示，具有灵敏度 高、响应速度快、所需样品少，并能分析反应动力学参数【l6 1 。B i a c o r e 3 0 0 0 能实时 检测各种生物分子，给出分子结合速度，在临床诊断的免疫分析、生物分子稳定 性研究等方面具有广泛的应用前景，该仪器在很多科研院所和实验室都有应用， 仪器体积较大，价格比较昂贵。2 0 0 6 年G E 公司收购B i a c o r eA B 公司后，在2 0 0 7 年推出B i c o r eX 1 0 0 新一代S P R 分析仪，如图1 3 所示，其最大特点是能自

33、动采 集样品，可在多任务多用户环境下工作，传感芯片可重复利用，操作简单，软件 界面人性化【1 7 1 。在2 0 1 0 年又相继推出B i a c o r e4 0 0 0 和B i a c o r eT 2 0 0 ，其中T 2 0 0 凭借低至0 0 3 R U ( 1 0 击R I U ) 的噪声再一次刷新灵敏度记录，让用户能以更少的 样品、更快的时间、更清晰的图谱获取更加准确的结论。 图1 2B i a c o r e3 0 0 0S P R 检测仪器 4 浙江人学硕上学位论文1 绪论 萋 ，：i ； ， 备 图1 3B i a c o r eX 1 0 0S P R 检测仪器 美国

34、T e x a sI n s t r u m e n t s 公司在2 0 0 0 年推出只有硬币大小的S P R 传感器 S p r e e t a 2 0 0 0 ，如图1 4 所示，其外形尺寸为1 5 c m X 0 7 c m 3 c m 。该传感器内部 集成了所有必需的光学器件以实现S P R 传感，包括棱镜和微电路印刷板，如图 1 5 所示，电路板上包括红外L E D 光源( 峰值波长为8 3 0 n m ) 、1 2 8 像素的线阵光 电二极管阵列和用于记录校准信息的非易失存储芯片1 1 8 】。L E D 光源发出散射光经 过偏振器照射到S P R 芯片，并经过两次反射照射到光

35、电二极管阵列上。通过检测 反射光束光强分布获取S P R 曲线，据此进行检测，灵敏度高达1 0 R I U ，但由于 金膜封装在传感器上，不利于生物实验的修饰，给生物化学实验带来不便。 图1 - 4S p r e e t a 2 0 0 0S P R 传感器 浙r I ：大学硕上学位论文l 绪论 M i r r o , L E DP o t s e u 2 翻 O I o o e M a r o o n a r r a n t 图1 - 5S p r e e t a 2 0 0 0 内部结构示意图 美国N o m a d i c s 公司结合T I 公司的S p r e e t a 传感器，在

36、2 0 0 6 年研制出小型化 S P R 检测仪S e n s i Q ，它是一款双通道半自动进样S P R 生化分析仪，折射率检测范 围为1 3 2 1 4 0 ，灵敏度高达0 2 5 R U 。但该仪器的传感器拆卸不方便，流通池固定 不紧时容易漏液，只能实现半自动进样。 为了同时实现小型便携、成本低廉、高通量、高精度的目标，很多研发机构 在小型高精度高通量S P R 生物传感装置的研发上做了大量研究。其中最突出的是 美国华盛顿大学的P a u lY a g e r 研究小组，他们研究了一种新的S P R 检测装置，可以 把整个光学检测系统缩小到便于携带的尺寸【1 9 】。而且该装置检测精

37、度高、自动化 程度、检测通量都达到了很高的水平。该装置还处于试验样机阶段，距商业化还 有一定距离。 1 3 2 国内研究现状 国内一些研究小组也在相关领域进行较多的研究，但与国外相比，国内对S P R 检测仪器的研究起步较晚，从二十世纪九十年代初开始，中科院电子所、清华大 学等国家重点实验室和科研单位相继开展S P R 技术研究，其中中国科学院电子学 研究所在深入研究S P R 效应的基础上，在仪器研制方面取得了较大的进步，先后 研制出S P R 2 0 0 0 单通道生化分析仪【2 0 1 ，S P R 2 0 0 2 单通道双参数生化分析仪，电 化学S P R 连用生化分析仪，便携式S P

38、 R 生化分析仪，高通量多参数图像S P R 生 化分析仪【2 1 】：吉林大学自行设计组装了一套多波长同时测量的S P R 仪器【捌；清华 大学生物膜与膜生物物理国家重点实验室把S P R 传感分析与生物膜检测相结合， 6 浙江人学硕士学化论文 1 绪论 在蛋白质与膜的相互作用分析、扫描针显微镜检测等方面做出了突出贡献【2 3 1 。但 是，这些研究距离真正意义上便携式、高效、高精度、高通量S P R 检测仪还有很 长的距离。 另外，国内也先后从国外购买S P R 仪器，进行相关的检测研究工作，如中国 科技大学购买了一套B I A c o r e 3 0 0 0 仪器，主要用于S P R 生

39、物检测。 1 4 研究意义 S P R 检测技术经过几十年的发展，在基础理论、检测方式、传感器设计等方 面都取得了长足的进步，S P R 的检测灵敏度也在不断提高，相关研究结果表明， 基于棱镜结构的S P R 传感器的检测灵敏度可以达到1 0 。6 R I U ( R e f r a c t i v eI n d e xU n i t 折射率单位) ，新型的光栅S P R 传感器、纳米颗粒S P R 传感器的灵敏度更是高达 1 0 - s R I U t 2 4 】，这些都是传统分析仪器无法比拟的。但是目前商业化的S P R 检测仪 器大都是面向科研院所的大型精密仪器，这些仪器为获得高精度及自

40、动化检测能 力，其光学系统、自动进样系统较为复杂，且大多都是从国外购买，存在体积大、 成本高的缺点，限制了它们的推广运行【2 5 1 。而一些小型仪器，如N o m a d i c s 公司 的S e n s i Q ，通常是半自动的，无法实现自动检测。因此，研制一种基于S P R 技术 的全自动、高灵敏、低成本的新一代小型S P R 检测分析仪，能有效改变检测仪现 状，扩大检测仪的应用范围，促进生物化学检测的进一步发展，对社会产生巨大 的经济效益。 自行设计开发S P R 仪器可以大大降低成本，除了经济方面的原因，研究人员 自行设计开发S P R 仪器可以将一些新技术，新方法及新的设计应用多

41、J S P R 研究中， 从而不断提高S P R 方法的灵敏度和准确度，扩大线性响应范围和应用对象的测定 范围，使结构更加简单，操作更加方便。这是S P R 商品仪器发展的基础。除了优 化S P R 仪器的光学系统、进样系统，数据采集及处理方法和人性化操作设计也非 常重要。所以针对课题组的新一代S P R 仪器，软件设计、算法研究及性能分析测 试也是非常必要的。 1 5 研究内容和目标 结合国家高技术研究发展计划( 8 6 3 ) 项目( 2 0 0 6 A A 0 6 2 4 0 6 ) “痕量有毒有 7 浙r I = 人学硕士学位论文1 绪论 机污染物的生物光学检测方法和仪器研究“ 和滚动

42、项目( 2 0 0 9 A A 0 6 2 4 0 6 ) “有机 污染物的高灵敏快速检测与自动化仪器研究“ 开展本论文的研究工作。研究目标 是建立一种基于S P R 技术的全自动、高精度、低成本、小型化的检测仪。论文的 主要研究内容包括： 1 ) S P R 检测分析仪现状研究。综合分析目前国内外S P R 检测仪的特点，追踪S P R 检测仪器的研究进展，确立本论文的研究目标和内容。 2 ) 在实验室第一型S P R 检测仪的基础上，采用实验室自行研制的多通道S P R 传 感器，替代之前使用的T IS p r e e t a 传感器；将仪器与P C 机的通信方式改为U S B 通信，简化

43、连接方式，提高通信速率。 3 ) 编写S P R 检测仪软件，实现双通道光谱数据的采集与处理，监控图的显示与 分析，检测结果保存与查询，全自动进样泵阀系统的控制： 4 ) 研究S P R 光谱信号的数据处理方法。包括光谱数据的预处理、S P R 共振像素 的获取、S P R 监控数据的平滑处理等。针对共振像素的获取方法进行实验研究， 在现有的几种动态基线质心法的基础上，优化参数以更好的满足S P R 检测仪需 求，提高信噪比。 5 ) 针对S P R 传感器及检测仪性能指标缺乏统一标准标定方法的问题，本文在比 较国内外S P R 传感器性能指标标定方法的基础上，结合各指标的定义，提出了S P

44、R 传感器及检测仪主要性能指标的标定方法。 6 ) 通过氯化钠实验分析不同S P R 光谱数据分析方法对S P R 检测仪性能的影响， 通过蔗糖实验利用合理的S P R 传感器及检测仪性能指标标定方法对自行研制的 S P R 检测仪器进行标定和性能测试，同时将该检测仪应用于生物实验。 8 浙江人学硕上学化论文 2S P R 检测仪原理和檀体结构 2S P R 检测仪原理和整体结构 本章首先简单介绍表面等离子体共振技术的基本原理以及S P R 传感器的分 类，然后介绍基于S P R 技术的新一代S P R 检测仪的各组成部分如S P R 传感器、微 型流通池、自动进样系统以及监控分析软件，最后介

45、绍该检测仪的特点。 2 1 表面等离子体共振的产生条件 电磁波发生共振的条件是两个波具有相同的波矢和频率。入射光和表面等离 子体都属于电磁波。平面单色电磁波从一种介质入射到另一种介质时频率不变， 因而倏逝波的频率与入射波的频率相等。由于倏逝波激发而产生的表面等离子体 有着与倏逝波相同的频率，若表面等离子体与入射光在X 轴方向上的分量具有相 同的波矢，则两者将发生共振。入射光在棱镜反射面沿X 轴的波矢分量为： k 工= k s i n O = 竺i s i n 0 ( 2 1 ) 式中、C 、8o 、e 分别为入射光频率、光速、介质介电常数和入射角。 若在与被测样品相邻的棱镜表面镀上一层高反射率金属薄膜( 一般使用A u 或者A g ) ，入射光透过棱镜照射到金属薄膜将激发金属与溶液界面上的电子产生 电荷振荡，进而形成表面等离子体。表面等离子体波矢沿X 轴方向的分量为： 铲爿羔 i 协2 ， 式中1 和e2 分别为金属的介电常数和被测样品的介电常数。 调整入射光的角度至某一特定值时可以满足