Transcript (SPR각) 변화
Surface plasmon resonance Biosensor로써의 SPR의 원리 - Surface plasmon wave - Evanescent wave - SPR angle SPR의 application field SPR imaging system Surface Plasmon Wave 전기장을 가하면 금속과 sample의 경계에 표면파가 생김 사용되는 금속 : gold, silver, copper, aluminum *빛은 electromagnetic wave이다. Surface plasmon • • • • • Plasmons are quantized and localized oscillations of electron density in metals Mobile electrons of metal forms a dense gas of charged particles, much like a plasma. Light, electromagnetic wave can cause transient changes in their distribution. Coulomb repulsion in the regions of high density causes electrons to move away form each other, lowering the density The dynamics of this arrangement is similar to that found in any harmonic oscillator; the resorting force (coulomb interaction) which tends to bring the system back to equilibrium gives rise to oscillations (plasmons) with well-defined frequencies. Plasmons can be excited on the surface of a metal.. Evanescent Field Wave 전반사 : 굴절률 low → high , 임계각 이상에서 전부 반사. Total internal reflection (TIR) : interface between nonaborbing media. 전반사시 경계면에서 에너지를 잃지 않지만 low refractive index media에 Evanescent field wave라는 electric field 가 샌다. Surface Plasmon Resonance the p-polarized component of the evanescent field wave, may penetrate the metal layer and excite electromagnetic surface plasmon waves propagating within the conductor surface that is in contact with the low refractive index medium (Upper Figure ) •The amplitude of wave decreases exponentially with increasing distance from the surface. Surface Plasmon Resonance Condition : Evanescent wave vector = surface plasmon wave surface plasmon resonance, 입사된 모든 E 흡수 Surface Plasmon Resonance Angle 공명 → 입사된 빛의 에너지가 금속판에 모두 흡수 → 반사광이 급격히 감소 이 때의 입사각 Surface plasmon resonance angle (sp ) Surface Plasmon Resonance Angle kev ksp (Evanescent wave vector = surface plasmon wave vector ) ▪ 공명 각에서 반사가 최소가 된다. ▪ 공명 각을 측정해서 sample의 굴절률 구할 수 있다. SPR Angle k sp 0 c m s m s sp sin 1 kev k p sin c p sin m s p ( m s ) ns s ( n : 굴절률 , є : 유전율 ) SPR 각을 알면 굴절률을 알 수 있다. 굴절률은 sample의 질량에 비례하여 변한다. Biosensor SPR k sp 0 c m s m s Antibody가 sensor표면에 고정, antigen이 붙으면 질량이 증가 → 굴절률 증가 k sp 0 c 공명 각이 이동 m s m s Biosensor SPR Sample의 굴절률이 변하면 공명각이 변한다. 반사가 최소가 되는 각 (공명각) 변화를측정 → sample이 질량이나 구조가 변해서 굴절률이 달라짐을 알 수 있다. Biosensor SPR 단백질 흡착 → 질량 증가 → 굴절률 증가 → 공명각(SPR각) 변화 1 : 흡착되지 않은 상태 2 : 최대로 흡착된 상태 Binding constant determination response units, RU SPR 응용분야 1. 물리, 화학적 응용 - 흡착과정, 유전 성질, 수화에 의한 degradation 등 표면의 특성을 결정 짓는 물리적 성질을 규명 하는 유용한 기법 2. Drug discovery - 신약 개발 과정에서 target macromolecule과 의 약품의 특성 조사에 사용된다. 분자들의 기능에 따른 반응 활성도 직접 관찰 가능 SPR 응용분야 3. Small molecule 검출 SPR 센서의 감도는 분 석대상 물질의 굴절률, 즉 칩 표면에 흡착된 생 체물질의 질량에 비례 현재 상용 제품의 경우 500Da정도의 분석대상 물질도 검출 가능 ⅰ) anti-progesterone ⅱ) anti- testosterone ⅲ) anti-mouse Fc ⅳ) reference SPR 응용분야 4. Ligand Fishing 다량의 시료에서 미지의 Binding Protein을 발견하기 위해 사용한다. 표식인자를 사용하지 않고 시료의 binding 을 구별할 수 있다. SPR 응용분야 5. Non- specific interaction (a) (b) 표적 효소를 센서에 고정 다양한 inhibitor가 시료들과의 결합 다수의 효소 반응 site에 결합 (a) Target 단백질에 대한 non-specific 결합 (b) 효소-반응 억제제 상호작용의 SPR 반응 data 유입농도를 0,3.3. 1.1, 0.37, 0.12 M로 다르게 했으며 특이적인 결합 즉, 단일 site 상호작용 시 약 ~20RU로 추정되는 반응 세기(점선표시)보다 훨씬 강한 세기를 나타내고 있다. 불규칙하게 결합하는 화합물 확 인하고자 할 때 SPR 센서 이용 SPR 응용분야 6. Proteomics 단백질 기능 분석에 SPR시스템은 매우 유용 1ng/mm2의 질량변화까지 검출 새로운 단백질 발견, 면역센서에 사용되는 분석방법 개발, 세포 내 물질들 간의 조절 기작 연구 SPR Imaging system 기존 SPR은 한번에 분석할 수 있는 sample channel의 수가 제한 최근 array chip형태 도입 2-D array chip상에 고정 화된 단백질의 상호작용 반사광이 최소가 되는 공 명각의 변화 Spot의 반사가 감소 Spot scanning SPR Imaging system 금속 판을 일정한 패턴으로 배열 각 판마다 다른 sample을 붙여서 여러 개의 sample을 한번에 분석 Advantage Of SPR Ability to perform real-time measurement: Insight to dynamic nature of binding system and layer formation Use of selective slides to study binding events: Eliminate the need for labeled reactants Exceptional sensitivity: Small quantities of purified reagents are required