表面等离激元共振成像

表面等离激元共振成像是一种基于表面等离激元共振现象的高分辨率显微技术，用于实时监测分子在金属薄膜表面的相互作用和分布。它结合了SPR的灵敏度和成像的空间分辨能力，广泛应用于生物分子检测、细胞分析和材料表面表征。

1. 表面等离激元共振基础
   SPR是光在金属-介质界面激发电子集体振荡的现象。当入射光以特定角度（共振角）照射金属薄膜时，光能量耦合到表面等离激元波，导致反射光强度显著下降。共振角对界面折射率变化极其敏感，微小变化（如分子吸附）即可引起共振角偏移。

2. 从SPR到SPR成像的扩展
   SPR成像在传统SPR仪中引入空间分辨元件：

   • 使用扩束光斑或面阵光源均匀照射金属薄膜整个区域。
   • 通过CCD或CMOS相机记录反射光强度分布。
     当样品中不同区域发生分子结合时，局部折射率变化导致共振条件改变，反射光强度分布随之变化，形成对比度图像。

3. 成像系统关键组件

   • 光源：单色偏振光（如激光或LED），通常为p偏振以激发SPR。
   • 棱镜耦合结构：采用Kretschmann构型，金属薄膜（常为金膜）沉积在棱镜底部，样品置于膜上方。
   • 检测器：高灵敏度相机，捕捉反射光强度二维分布。
   • 微流控系统：集成流动池，控制样品注入以实现动态监测。

4. 图像形成机制

   • 初始校准：获取无样品时的背景图像作为参考。
   • 分子吸附时，局部折射率升高，共振角红移，对应像素点反射光强度变化。
   • 通过差分图像处理（样品图像减背景），将强度变化转化为分子分布图，亮度越高表示结合分子越多。

5. 定量分析与应用场景

   • 通过标定曲线将强度变化转换为表面覆盖度或浓度分布。
   • 实时跟踪抗体-抗原结合、蛋白质相互作用、细胞粘附等动力学过程。
   • 在药物筛选中并行分析多个靶点，提高通量；在病理学中检测组织切片生物标志物分布。

6. 技术优势与局限

   • 优势：无标记检测、高灵敏度（可达pg/mm²级）、实时动态成像、空间分辨率约微米量级。
   • 局限：穿透深度有限（~200 nm），仅探测近场变化；金属膜制备要求高；图像易受噪声干扰需算法优化。