本文系統(tǒng)綜述了SPＲ 傳感技術(shù)和生物分析儀的原理、結(jié)構(gòu)以及主要功能模塊，SPＲ 傳感器的調(diào)制類型、耦合方式以及SPＲ 成像傳感器; 介紹了結(jié)合局域表面等離子體共振( local surface plasmon resonance，LSPＲ) 技術(shù)、改進金屬膜系設(shè)計、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法等提高SPＲ 生物分析儀性能的方法; 闡述了SPＲ 傳感技術(shù)和生物分析儀的最新進展，包括SPＲ 技術(shù)和微流控芯片、電化學技術(shù)、表面增強拉曼散射技術(shù)( SEＲS) 的聯(lián)用; 列舉了SPＲ 生物分析儀在臨床診斷、藥物篩選、生物分子研究、食品安全和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的應用實例; 最后，分析了SPＲ 生物分析儀面臨的主要問題以及未來的發(fā)展趨勢。

1 引言

生物傳感技術(shù)對生命科學和生物化學的研究與探索具有相當重要的作用，尤其對于生物分子間相互作用的研究，相比傳統(tǒng)的生物法和酶聯(lián)免疫法，生物傳感技術(shù)具有分析快速簡便、人為誤差小、檢測精度高以及動態(tài)實時等顯著優(yōu)點。其中SPＲ 傳感技術(shù)由于其突出的優(yōu)點在生物傳感技術(shù)領(lǐng)域里占有相當重要的地位。

近20 年來，在SPＲ 傳感器的傳感機理、儀器結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集及分析、性能提升等方面的研究日益增多，相關(guān)研究論文呈指數(shù)增長。在SPＲ 生物分析儀方面，自1990 年瑞典Biacore 公司推出第一臺SPＲ儀器以來，多個國外公司相繼推出了多款SPＲ 傳感分析儀器( 也稱為SPＲ 生物分子相互作用分析儀) 。在國內(nèi)，國家和地方的科技管理部門均在SPＲ 技術(shù)研究和儀器研發(fā)方面投入了大量科研經(jīng)費，這意味著技術(shù)先進、精度高、應用范圍廣的分析檢測技術(shù)，不僅是學者也是科技管理者關(guān)注的內(nèi)容。本研究組從事SPＲ 傳感技術(shù)及儀器設(shè)計研究近十年，承擔并完成了國家863 科技計劃、省科技計劃等多個項目，從理論研究，如SPＲ 差分研究和數(shù)值模擬，到傳感器的設(shè)計、應用，如多通道SPＲ 傳感器、SPＲ 成像傳感器，以及傳感器性能提高和應用拓展，包括與LSPＲ 技術(shù)結(jié)合，與電化學傳感技術(shù)聯(lián)用等等，始終關(guān)注著SPＲ 技術(shù)的最新研究動態(tài)。本文調(diào)研了近幾年國內(nèi)外SPＲ 技術(shù)的最新研究進展和研究結(jié)果，精選了近百篇科研論文作為參考文獻，結(jié)合本研究組開展的相關(guān)工作，對SPＲ 理論、傳感器、生物分析儀器及其應用等方面進行分析和綜述，以期對研究、應用SPＲ 傳感技術(shù)和生物分析儀的讀者有所幫助。

2 SPＲ 生物分析儀

SPＲ 生物分析儀包括SPＲ 傳感器、取樣進樣系統(tǒng)、微型流通池、生物傳感芯片、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理軟件以及溫控系統(tǒng)等。SPＲ 傳感器是SPＲ 生物分析儀的信號轉(zhuǎn)換和傳導部件，可將介質(zhì)折射率的變化轉(zhuǎn)換為可探測的光學電磁波信號的變化，為分析儀的技術(shù)核心。取樣進樣系統(tǒng)是分析儀的樣品采取和注射系統(tǒng)，采取工具多為精密探針，注射方法通常是流動注射( flow injection analysis，F(xiàn)IA) 。流通池一般設(shè)計成可使待測液形成層流的微型結(jié)構(gòu)，因為傳感器只對傳感芯片表面的介質(zhì)及其變化敏感。生物傳感芯片是一套生物識別系統(tǒng)，偶聯(lián)在傳感器的金屬膜表面，其生物識別元素可與被測樣品中的檢測目標分子特異性結(jié)合，從而導致傳感器輸出信號的變化?？贵w、肽、核酸適體、酶、DNA、分子印跡聚合物( MIPS) 以及其他生物分子均可作為傳感芯片的生物識別元素，每種元素的生物傳感芯片在制備成本、壽命、特異性、穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)不一，適用于不同的場合。數(shù)據(jù)采集模塊包括探測器和硬件電路兩部分，探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過硬件電路處理和采集后傳送到上位機，由SPＲ 分析儀的分析軟件進行數(shù)據(jù)的分析處理。此外，SPＲ 信號受環(huán)境溫度影響較大，精確的溫控系統(tǒng)必不可少。

3 結(jié)論和展望

SPＲ 傳感技術(shù)和儀器的研究近年來已趨于平緩，傳統(tǒng)多通道SPＲ 傳感器已無法滿足當今高通量分析檢測的需求，SPＲ 成像傳感器將取而代之。同時SPＲ 技術(shù)與多種技術(shù)的聯(lián)用逐漸成為重點研究內(nèi)容，LSPＲ 技術(shù)和SPＲ 技術(shù)的結(jié)合可有效增強傳感信號，提高分析儀的檢測靈敏度; 電化學分析技術(shù)和SPＲ 傳感技術(shù)的聯(lián)用，可大大降低傳感器的檢測限; SEＲS 技術(shù)和SPＲ 技術(shù)的聯(lián)用，在提高檢測精度的同時更保證了實驗的準確性; 與微流控芯片聯(lián)用，不僅有利于儀器小型化，也可減少樣品消耗量，縮短檢測時間。