[发明专利]一种利用表面等离子谐振技术检测特定糖链蛋白、抗体或抗原的生物芯片

说明书

技术领域

本发明涉及生物芯片领域，特别是一种利用表面等离子谐振技术检测特定糖链蛋白、抗体或抗原的生物芯片及其基于表面等离子谐振原理的检测方法。

背景技术

表面等离子谐振(SPR)是一种物理光学现象。当平行表面的偏振光以称之为表面等离子角的入射角照在界面上发生全反射时，入射光被耦合入表面等离子体内，在这个角度由于表面等离子体谐振将引起界面反射率显著减少。SPR对附着在金属表面的电介质的折射率非常敏感，而折射率是所有材料的固有特征。因此，任何附着在金属表面上的电介质均可被检测，不同电介质其表面等离子角不同。而同一种材料，附着在金属表面的量不同，则SPR的响应强度不同。根据上述原理，SPR生物传感器通常将已知的生物分子固定在几十纳米厚的金属(金、银等)膜表面，加入与其互补的目标生物分子，两者结合(杂交)将使金属膜与溶液界面的折射率上升，从而导致谐振角改变，如果固定入射角度，就能根据谐振角的改变程度对互补的目标生物分子进行定量检测。整个传感过程包括：

(1)生物分子的相互作用(藕联)；

(2)敏感层电介质变化(介电常数折射率改变)；

(3)传感器电磁场变化(反射光波衰减)；

(4)光电信号检测；

(5)信号的连续检测与分析。

生物芯片是通过平面微细加工与生物分子的自组装技术相结合，在微小玻片上组装成数目众多的不同生物分子微阵列，以实现对目标分子信息的大规模检测。SPR传感技术尤其适用于检测生物大分子之间的相互作用过程。它具有免标记、无需纯化、实时动态检测等优点，具有很高的灵敏度。且能测定生物大分子相互反应过程中的动力学常数。这种技术被认为是生命科学研究中的高效工具，因而成为目前国内外科学技术发展的热点。

糖生物学(glycobiology)是研究聚糖及其衍生物的结构、化学、生物合成及生物功能的科学。科学家把研究生物体内多糖的科学叫做“糖生物学”，也有人沿袭“基因组学”和“蛋白质组学”的概念把这们学科叫做“糖原组学”。蛋白质、核酸和多糖是构成生命的三类大分子，蛋白质和核酸的研究已经成为生命科学中的热点问题。随着蛋白质和核酸研究的深入，糖类的重要性也浮出水面，成为生命科学研究中的新热点。

1990年，有3家实验室几乎同时发现当组织受到损伤时，白血球和免疫细胞穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的微生物。然而，过多白血球的进入则可能导致炎症的产生。并且发现炎症过程与糖类和相关的糖结合蛋白参与有关。更进一步的研究表明，进入血液循环系统的癌细胞可能借助了糖链改变的机制穿过血管，导致癌症的转移。随后又出现了以这一基础研究成果为依据，开发抗炎和抗肿瘤药物的热潮。  最近的研究结果表明，糖复合物表面糖链结构的改变和很多疾病的发生相伴随。

糖生物学之所以落后于基因和蛋白质的研究，在于糖分子本身的复杂性以及研究人员缺乏研究糖类分子的有效工具。近年来在糖类研究方面已取得不少进展。目前研究结果表明，糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化、神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起着重要作用；炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转换、病原体感染等生理和病理过程都与糖类的参与有关。

糖蛋白是一种结合蛋白质http://baike.baidu.com/view/15472.htm，由短的寡糖链与蛋白质共价连接构成。糖与蛋白质之间以蛋白质为主，其一定部位上以共价键与若干短的寡糖链相连，这些寡糖链常常是具分支的杂糖链，不呈现重复的双糖系列，一般由2～10个单体(少于15)组成，未端成员常常是唾液酸或L岩藻糖。通常每个分子的含糖量较少(约4％)。一些糖蛋白只含一个或几个糖基，另一些含有多个线性或分支的寡糖侧链。糖蛋白包括酶http://baike.baidu.com/view/1326.htm、激素http://baike.baidu.com/view/1322.htm、载体http://baike.baidu.com/view/184171.htm、凝集素http://baike.baidu.com/view/557005.htm、抗体http://baike.baidu.com/view/66869.htm等。

糖蛋白的生物学功能有：

一、糖蛋白携带某些蛋白质代谢去向的信息。糖蛋白寡糖链末端的唾液酸残基，决定着某种蛋白质是否在血流中存在或被肝脏除去的信息。

二、寡糖链在细胞识别、信号传递中起关键作用。淋巴细胞正常情况应归巢到脾脏，而切去唾液酸后，结果竞归巢到了肝脏。在原核中表达的真核基因，无法糖基化。