SPR在细胞检测中的应用
SPR在细胞检测中的应用 [20200209200113]
摘要：细胞生物学的众多研究项目一直被认为是生命科学研究领域的重要组成部分。虽然目前有大量的仪器应用于细胞检测，但其各自因具有需要荧光标记、灵敏度低、对细胞具有破环性、无法实时检测等一个或多个缺点而限制了细胞检测技术的发展。而基于表面等离子体共振（SPR）的传感方法是一种具有无需标记、高通量、高灵敏、可实时检测等特性的新颖光学检测方法。因此，将SPR技术应用于细胞检测的应用中具有十分重要的意义。
本文主要研究，表面等离子体共振（SPR）传感技术在细胞检测中的应用。利用MATLAB R2012b软件对基于角度调制的克莱舒曼型棱镜耦合传感模型的各参数进行数值仿真，得出各参数之间的相互关系。通过改变模型各参数，使其在中红外波段形成最强共振吸收峰（SPW），以增加激发波长的方式来增加检测深度，从而更准确可靠地完成一些与SPW相匹配的生物细胞的测量。
关键词：SPR 细胞检测 中红外 仿真
第一章 绪论 6
1.1概述 6*查看完整论文请+Q: 351916072
1.1.1细胞检测的意义 6
1.1.2 细胞检测技术的研究现状 7
1.1.3 细胞检测技术存在的问题 12
1.2 基于SPR传感的细胞检测 13
1.2.1 SPR现象与传感原理 13
1.2.2 基于SPR传感的细胞检测技术概述 15
1.2.3 SPR传感用于细胞检测的优势及瓶颈问题 17
1.3 课题内容和意义 18
第二章 SPR传感用于细胞检测的理论分析 19
2.1 棱镜耦合式SPR传感模型 19
2.2 SPW的特性 21
2.2.1 SPW的传播特性 21
2.2.2 SPW穿透深度与激发波长的关系 23
2.3 SPR细胞检测模型的建立及分析 24
2.3.1 细胞的等效折射率 24
2.3.2 SPR细胞检测的物理模型 24
2.3.3 SPR传感的灵敏度分析 25
第三章 SPR细胞检测模型的设计 26
3.1 Kreschmann SPR传感模型的数值模拟 26
3.2金属膜材料与厚度的选择 28
3.2.1金属膜材料的选择 28
3.2.2 Ag膜厚度的选择 29
3.3 Ag膜的制备工艺 31
3.4 Ag膜SPR细胞检测模型的可行性分析 31
第四章 总结与展望 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1概述
1.1.1细胞检测的意义
细胞组学作为细胞生物学研究的一个前沿分支，它结合了基因组学、蛋白质组学与转录组学的技术等，主要对细胞结构以及内部DNA或蛋白质的功能进行研究。由此，细胞组学不仅能够使人类进一步认识到生命的过程，而且对于临床应用中疾病的诊断、进展预测与治疗也十分重要。
自人类基因组图谱绘制完成后，生命科学就已经进入了后基因时代，对于DNA序列的测定与遗传信息的解释也已经转移到了分子水平上的研究。从而，在分子水平阐述生命的奥秘，寻找诊断和治疗疾病的新方法与新途径。发展至今，大量的基因组与蛋白组的研究项目已成为了生命科学研究中的焦点。然而，基因位于染色体上，基因表达而产生的蛋白质是在核糖体上合成的，生命体中的各种生化反应也都是在细胞中完成的。脱离了细胞而进行DNA、蛋白质变化的研究，获得的数据往往与实际情况有较大差异。可以说，基因组只是定义了生物体的遗传潜力，但不能完全反映出环境因素改变时细胞整体功能性的改变，而细胞是生物体表现功能的基本单位。因此，对DNA与蛋白质的研究必须整合到细胞中进行，把生命过程中从基因到蛋白质的有关信息和细胞的结构与功能及细胞间的相互联系关联起来[1]，即只有在细胞层次上对DNA和蛋白质等生物分子进行的研究，才能够系统地、全面地认识它们的功能以及相互作用。
由于在生命体中的各项活动都离不开细胞，在细胞层次上对生物分子的研究已然成为新的研究热点。但是，研究层次的不同对技术手段与实验方法的要求也是不同的。目前，虽然蛋白质芯片、DNA芯片等技术已趋于成熟，但其均脱离了细胞，无法适用于细胞检测。因此，研究生物分子在细胞水平上的实时检测技术更是刻不容缓。
1.1.2 细胞检测技术的研究现状
从人类首次用显微镜观测到细胞到现在，cell biology的发展离不开新的检测技术，若没有技术层面上新的突破，对细胞研究的进展只能是极其缓慢并且十分困难的。纵观历史，细胞生物学的萌芽得益于光学显微镜的发明，随之各种各样的显微镜的相继问世又进一步推动了细胞生物学的发展，使之进入了更深层次的研究。 而如今细胞生物学的研究早已发展到了分子阶段，迫切需要细胞—分子检测技术的支持，对精度的要求也急剧提高。
随着细胞生物学的发展，细胞的检测方法不再停留在光学显微镜阶段，而是向多元化发展。按不同检测方式所适用的范围来划分，细胞检测技术可分为几个方面：①细胞的形态与生理功能方面，②细胞接受外界的刺激方面，③细胞内蛋白质之间的相互作用方面，④细胞膜上的生理活动方面。
1.1.2.1 细胞形态与生理功能检测
人类对细胞最初的认识仅仅停留在形态结构上，但随着电子显微镜的问世，cell biology的发展又迈出了重要的一步。人类对细胞的研究不再局限于光学显微镜时代形态上的构造，而由显微结构过渡到亚显微结构，随后对细胞的功能性研究也开始起步，随着研究的深入，又推动了新的检测技术与仪器的发展。
摘要：细胞生物学的众多研究项目一直被认为是生命科学研究领域的重要组成部分。虽然目前有大量的仪器应用于细胞检测，但其各自因具有需要荧光标记、灵敏度低、对细胞具有破环性、无法实时检测等一个或多个缺点而限制了细胞检测技术的发展。而基于表面等离子体共振（SPR）的传感方法是一种具有无需标记、高通量、高灵敏、可实时检测等特性的新颖光学检测方法。因此，将SPR技术应用于细胞检测的应用中具有十分重要的意义。
本文主要研究，表面等离子体共振（SPR）传感技术在细胞检测中的应用。利用MATLAB R2012b软件对基于角度调制的克莱舒曼型棱镜耦合传感模型的各参数进行数值仿真，得出各参数之间的相互关系。通过改变模型各参数，使其在中红外波段形成最强共振吸收峰（SPW），以增加激发波长的方式来增加检测深度，从而更准确可靠地完成一些与SPW相匹配的生物细胞的测量。
关键词：SPR 细胞检测 中红外 仿真
第一章 绪论 6
1.1概述 6*查看完整论文请+Q: 351916072
1.1.1细胞检测的意义 6
1.1.2 细胞检测技术的研究现状 7
1.1.3 细胞检测技术存在的问题 12
1.2 基于SPR传感的细胞检测 13
1.2.1 SPR现象与传感原理 13
1.2.2 基于SPR传感的细胞检测技术概述 15
1.2.3 SPR传感用于细胞检测的优势及瓶颈问题 17
1.3 课题内容和意义 18
第二章 SPR传感用于细胞检测的理论分析 19
2.1 棱镜耦合式SPR传感模型 19
2.2 SPW的特性 21
2.2.1 SPW的传播特性 21
2.2.2 SPW穿透深度与激发波长的关系 23
2.3 SPR细胞检测模型的建立及分析 24
2.3.1 细胞的等效折射率 24
2.3.2 SPR细胞检测的物理模型 24
2.3.3 SPR传感的灵敏度分析 25
第三章 SPR细胞检测模型的设计 26
3.1 Kreschmann SPR传感模型的数值模拟 26
3.2金属膜材料与厚度的选择 28
3.2.1金属膜材料的选择 28
3.2.2 Ag膜厚度的选择 29
3.3 Ag膜的制备工艺 31
3.4 Ag膜SPR细胞检测模型的可行性分析 31
第四章 总结与展望 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1概述
1.1.1细胞检测的意义
细胞组学作为细胞生物学研究的一个前沿分支，它结合了基因组学、蛋白质组学与转录组学的技术等，主要对细胞结构以及内部DNA或蛋白质的功能进行研究。由此，细胞组学不仅能够使人类进一步认识到生命的过程，而且对于临床应用中疾病的诊断、进展预测与治疗也十分重要。
自人类基因组图谱绘制完成后，生命科学就已经进入了后基因时代，对于DNA序列的测定与遗传信息的解释也已经转移到了分子水平上的研究。从而，在分子水平阐述生命的奥秘，寻找诊断和治疗疾病的新方法与新途径。发展至今，大量的基因组与蛋白组的研究项目已成为了生命科学研究中的焦点。然而，基因位于染色体上，基因表达而产生的蛋白质是在核糖体上合成的，生命体中的各种生化反应也都是在细胞中完成的。脱离了细胞而进行DNA、蛋白质变化的研究，获得的数据往往与实际情况有较大差异。可以说，基因组只是定义了生物体的遗传潜力，但不能完全反映出环境因素改变时细胞整体功能性的改变，而细胞是生物体表现功能的基本单位。因此，对DNA与蛋白质的研究必须整合到细胞中进行，把生命过程中从基因到蛋白质的有关信息和细胞的结构与功能及细胞间的相互联系关联起来[1]，即只有在细胞层次上对DNA和蛋白质等生物分子进行的研究，才能够系统地、全面地认识它们的功能以及相互作用。
由于在生命体中的各项活动都离不开细胞，在细胞层次上对生物分子的研究已然成为新的研究热点。但是，研究层次的不同对技术手段与实验方法的要求也是不同的。目前，虽然蛋白质芯片、DNA芯片等技术已趋于成熟，但其均脱离了细胞，无法适用于细胞检测。因此，研究生物分子在细胞水平上的实时检测技术更是刻不容缓。
1.1.2 细胞检测技术的研究现状
从人类首次用显微镜观测到细胞到现在，cell biology的发展离不开新的检测技术，若没有技术层面上新的突破，对细胞研究的进展只能是极其缓慢并且十分困难的。纵观历史，细胞生物学的萌芽得益于光学显微镜的发明，随之各种各样的显微镜的相继问世又进一步推动了细胞生物学的发展，使之进入了更深层次的研究。 而如今细胞生物学的研究早已发展到了分子阶段，迫切需要细胞—分子检测技术的支持，对精度的要求也急剧提高。
随着细胞生物学的发展，细胞的检测方法不再停留在光学显微镜阶段，而是向多元化发展。按不同检测方式所适用的范围来划分，细胞检测技术可分为几个方面：①细胞的形态与生理功能方面，②细胞接受外界的刺激方面，③细胞内蛋白质之间的相互作用方面，④细胞膜上的生理活动方面。
1.1.2.1 细胞形态与生理功能检测
人类对细胞最初的认识仅仅停留在形态结构上，但随着电子显微镜的问世，cell biology的发展又迈出了重要的一步。人类对细胞的研究不再局限于光学显微镜时代形态上的构造，而由显微结构过渡到亚显微结构，随后对细胞的功能性研究也开始起步，随着研究的深入，又推动了新的检测技术与仪器的发展。
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