本文系统综述了SPＲ 传感技术和生物分析仪的原理、结构以及主要功能模块，SPＲ 传感器的调制类型、耦合方式以及SPＲ 成像传感器; 介绍了结合局域表面等离子体共振( local surface plasmon resonance，LSPＲ) 技术、改进金属膜系设计、优化数据处理算法等提高SPＲ 生物分析仪性能的方法; 阐述了SPＲ 传感技术和生物分析仪的最新进展，包括SPＲ 技术和微流控芯片、电化学技术、表面增强拉曼散射技术( SEＲS) 的联用; 列举了SPＲ 生物分析仪在临床诊断、药物筛选、生物分子研究、食品安全和环境监测等领域的应用实例; 最后，分析了SPＲ 生物分析仪面临的主要问题以及未来的发展趋势。

1 引言

生物传感技术对生命科学和生物化学的研究与探索具有相当重要的作用，尤其对于生物分子间相互作用的研究，相比传统的生物法和酶联免疫法，生物传感技术具有分析快速简便、人为误差小、检测精度高以及动态实时等显著优点。其中SPＲ 传感技术由于其突出的优点在生物传感技术领域里占有相当重要的地位。

近20 年来，在SPＲ 传感器的传感机理、仪器结构、数据采集及分析、性能提升等方面的研究日益增多，相关研究论文呈指数增长。在SPＲ 生物分析仪方面，自1990 年瑞典Biacore 公司推出第一台SPＲ仪器以来，多个国外公司相继推出了多款SPＲ 传感分析仪器( 也称为SPＲ 生物分子相互作用分析仪) 。在国内，国家和地方的科技管理部门均在SPＲ 技术研究和仪器研发方面投入了大量科研经费，这意味着技术先进、精度高、应用范围广的分析检测技术，不仅是学者也是科技管理者关注的内容。本研究组从事SPＲ 传感技术及仪器设计研究近十年，承担并完成了国家863 科技计划、省科技计划等多个项目，从理论研究，如SPＲ 差分研究和数值模拟，到传感器的设计、应用，如多通道SPＲ 传感器、SPＲ 成像传感器，以及传感器性能提高和应用拓展，包括与LSPＲ 技术结合，与电化学传感技术联用等等，始终关注着SPＲ 技术的最新研究动态。本文调研了近几年国内外SPＲ 技术的最新研究进展和研究结果，精选了近百篇科研论文作为参考文献，结合本研究组开展的相关工作，对SPＲ 理论、传感器、生物分析仪器及其应用等方面进行分析和综述，以期对研究、应用SPＲ 传感技术和生物分析仪的读者有所帮助。

2 SPＲ 生物分析仪

SPＲ 生物分析仪包括SPＲ 传感器、取样进样系统、微型流通池、生物传感芯片、数据采集模块、数据处理软件以及温控系统等。SPＲ 传感器是SPＲ 生物分析仪的信号转换和传导部件，可将介质折射率的变化转换为可探测的光学电磁波信号的变化，为分析仪的技术核心。取样进样系统是分析仪的样品采取和注射系统，采取工具多为精密探针，注射方法通常是流动注射( flow injection analysis，FIA) 。流通池一般设计成可使待测液形成层流的微型结构，因为传感器只对传感芯片表面的介质及其变化敏感。生物传感芯片是一套生物识别系统，偶联在传感器的金属膜表面，其生物识别元素可与被测样品中的检测目标分子特异性结合，从而导致传感器输出信号的变化。抗体、肽、核酸适体、酶、DNA、分子印迹聚合物( MIPS) 以及其他生物分子均可作为传感芯片的生物识别元素，每种元素的生物传感芯片在制备成本、寿命、特异性、稳定性等方面表现不一，适用于不同的场合。数据采集模块包括探测器和硬件电路两部分，探测器将光信号转换为电信号，电信号经过硬件电路处理和采集后传送到上位机，由SPＲ 分析仪的分析软件进行数据的分析处理。此外，SPＲ 信号受环境温度影响较大，精确的温控系统必不可少。

3 结论和展望

SPＲ 传感技术和仪器的研究近年来已趋于平缓，传统多通道SPＲ 传感器已无法满足当今高通量分析检测的需求，SPＲ 成像传感器将取而代之。同时SPＲ 技术与多种技术的联用逐渐成为重点研究内容，LSPＲ 技术和SPＲ 技术的结合可有效增强传感信号，提高分析仪的检测灵敏度; 电化学分析技术和SPＲ 传感技术的联用，可大大降低传感器的检测限; SEＲS 技术和SPＲ 技术的联用，在提高检测精度的同时更保证了实验的准确性; 与微流控芯片联用，不仅有利于仪器小型化，也可减少样品消耗量，缩短检测时间。