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光波導(dǎo)模式光譜(optical waveguide lightmode spectroscopy,OWLS) 技術(shù)在集成光學(xué)領(lǐng)域中是一個(gè)相對(duì)較新的產(chǎn)物。作為一項(xiàng)研究發(fā)生在固體與液體界面的過(guò)程的技術(shù),它使得檢測(cè)靈敏度、獲得的信息量及系統(tǒng)易用性等方面發(fā)展到一個(gè)更高的水平,甚至高于一些已經(jīng)有深遠(yuǎn)影響的的技術(shù)成就,如橢圓偏光法,表面等離子體共振(SPR).
每種方法都有一定的優(yōu)點(diǎn):橢圓偏光法能用于透明的或不透明的基底;SPR 能夠?qū)嶋H上也必須與貴金屬基底一起使用。但是,在生物學(xué)應(yīng)用中,OWLS 不僅有較高的固有靈敏度,而且便利性和通用性都好于其他常見(jiàn)非標(biāo)記檢測(cè)方法.
OWLS檢測(cè)原理是通過(guò)平面波導(dǎo)的基本原理,OWLS 技術(shù)使用一個(gè)光柵來(lái)激發(fā)平面波導(dǎo)的導(dǎo)向模式。入射的平面偏振激光從光柵衍射,開(kāi)始在波導(dǎo)里面通過(guò)內(nèi)部的反射傳播。不斷測(cè)量入射角的變化,不需要任何標(biāo)記過(guò)程就可以直接在光柵上在線監(jiān)測(cè)高分子的吸附質(zhì)量。這種方法對(duì)于波導(dǎo)表面幾百納米內(nèi)的范圍是很敏感的(探測(cè)極限小于1 ng/cm2 )。此外,達(dá)到秒級(jí)的測(cè)量時(shí)間分辨率可以進(jìn)行原位的、實(shí)時(shí)的吸附動(dòng)力學(xué)研究,這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)于SPR 傳感器的優(yōu)勢(shì)在于它有兩個(gè)參數(shù):吸附層的厚度(dA)和反射率(nA)可以通過(guò)模式方程中的兩個(gè)測(cè)量過(guò)的參數(shù)同時(shí)確定
OWLS 的檢測(cè)操作十分簡(jiǎn)便。與其他光學(xué)檢測(cè)方法類似,它的流程主要分成以下三個(gè)步驟:
引入緩沖液沖洗表面,以計(jì)算傳感器的光學(xué)參數(shù),如波導(dǎo)層的折射率、厚度、激光初始入射角等。這個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間以使得這些光學(xué)參數(shù)變得穩(wěn)定,在OWLS 檢測(cè)結(jié)果上表現(xiàn)為基線的水平化過(guò)程。分子識(shí)別(吸附)過(guò)程。引入樣品溶液,在一定的樣品流速和溫度下,進(jìn)行核酸的雜交或者蛋白質(zhì)的特異性吸附。通過(guò)檢測(cè)傳感器光學(xué)參數(shù)的變化進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品結(jié)合動(dòng)力學(xué)的變化。再次以緩沖液沖洗,洗去未結(jié)合牢固的核酸或蛋白質(zhì),以穩(wěn)定定量檢測(cè)的結(jié)果。
OWLS與其他光學(xué)非標(biāo)記檢測(cè)法之比較
OWLS 作為新的光學(xué)非標(biāo)記檢測(cè)方法,和以往的其他檢測(cè)方法比較,優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高靈敏度、低本底噪聲、定量計(jì)算方便、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)合動(dòng)力學(xué),可以實(shí)現(xiàn)在線原位檢測(cè)等方面。
1.靈敏度
OWLS 的原理是計(jì)算有效折射率。所以O(shè)WLS 的靈敏度取決于該儀器對(duì)波導(dǎo)有效折射率變化的分辨率,
相比傳統(tǒng)的免疫學(xué)檢測(cè)方法,OWLS 具有高靈敏度。例如,采用包被抗原的ELISA 方法(從系統(tǒng)論的角度,ELISA屬于將信號(hào)二次放大的方法) 得到的檢測(cè)靈敏度為0.8ng/ml,而在OWLS 表面固定抗原的競(jìng)爭(zhēng)性免疫抑制反應(yīng)的檢測(cè)靈敏度是ELISA 的100~1000 倍。
2.噪聲
標(biāo)記檢測(cè)諸方法的背景噪聲理論上不可消除,造成了信噪比的降低,從而損失了有價(jià)值的信息,甚至有時(shí)由于噪聲污染而使得對(duì)信號(hào)的分析得到錯(cuò)誤的結(jié)果。而某些非標(biāo)記方法也存在背景噪聲的問(wèn)題,如SPR,因?yàn)槠涔ぷ髟硎峭ㄟ^(guò)激發(fā)表面等離子體的共振,就必然存在共振向中心點(diǎn)周圍傳播的情況,這增加了系統(tǒng)噪聲,造成靈敏度的降低和檢測(cè)產(chǎn)生偏差。OWLS的原理是不產(chǎn)生背景噪聲的。
3.定量理論計(jì)算
現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)之一是,從定性檢測(cè)發(fā)展到定量檢測(cè),從相對(duì)定量檢測(cè)發(fā)展到**定量檢測(cè),從大致模糊的定量到精確的定量檢測(cè)。對(duì)于標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō),如熒光標(biāo)記法,熒光強(qiáng)度受到激發(fā)光強(qiáng)度,熒光分子結(jié)合在待檢測(cè)分子上的位置,熒光分子之間的位置效應(yīng)等多種因素的影響,使得其定量檢測(cè)停留在需要標(biāo)準(zhǔn)體系參照系的相對(duì)定量上,操作比較困難,工作量大。而OWLS 方法僅需要標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的折射率作為參照系,就可以根據(jù)Feijter's 方程計(jì)算出芯片上結(jié)合物質(zhì)的質(zhì)量密度,無(wú)需估計(jì)參數(shù)而且計(jì)算簡(jiǎn)單工作量小,可見(jiàn)OWLS 是一種新型的適合于定量檢測(cè)的方法。
4.實(shí)時(shí)檢測(cè)和原位檢測(cè)
利用OWLS 技術(shù)可以很方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和原位檢測(cè)的要求。根據(jù)OWLS 系統(tǒng)的性能要求,OWLS 系統(tǒng)每做一次掃描需要數(shù)秒時(shí)間,故其檢測(cè)的時(shí)間分辨率為秒級(jí)。新開(kāi)發(fā)的Biosense2.5 軟件還利用定點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)將OWLS 的時(shí)間分辨率提高到1ms,增強(qiáng)了OWLS 在動(dòng)力學(xué)研究上的實(shí)用性。
OWLS的主要應(yīng)用領(lǐng)域:
生物大分子的相互作用
磷脂雙分子層(細(xì)胞膜)的行為
環(huán)境及環(huán)境污染監(jiān)測(cè)
生物材料的安全性測(cè)試
藥物篩選毒理學(xué)研究
暫無(wú)數(shù)據(jù)!