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!"卷#期生物工程学报’()*!"+(*#
年月
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光学椭偏成像技术在生物分子研究中的应用

王战会靳刚

（中国科学院力学研究所北京!%%%3%）

摘要光学椭偏显微成像是一种新型超薄膜及表面显示技术，是研究生物分子与固体表面吸附以及生物分子之
间相互作用的一种简单、快速和可靠的手段。它不仅能够大面积精确显示超薄膜的厚度分布，而且能够用于表面

实时吸附的动力学研究。在抗原0抗体检测分析方面，它不需要像酶联免疫法、荧光免疫法和放射免疫法那样对待
测物作标记，也不会对待测生物分子活性造成任何扰动和损伤，操作简单，费用低廉。另外，它还弥补了传统的椭
偏法的不足之处，能够有效地区分非特异性吸附、脱吸附或表面污染带来的干扰。

关键词光学椭偏显微成像，生物分子吸附膜层，免疫分析

中图分类号43!/文献标识码5文章编号!%%%06%"!（$%%%）%#0%#$/0%#

对生物分子在固体表面吸附的研究有助于理解膜层［3!!%］。该技术不但能够直观地显示各种生物
许多生化过程和生物医学现象。蛋白质分离纯化，分子在固体表面上的单分子吸附膜层，而且与生物
生物材料的生物相容性，细胞粘附，血液在固体或膜芯片技术组合后，还能够观察生物分子间的特异性

表面上的凝结，固相免疫检测［!］，血栓症［$］、补体激结合现象。光学椭偏显微成像系统的快速检测能

活［6］、炎症反应［#］、细胞粘附和感染［2］都与生物分力，使它能够被有效地用于生物分子与表面的吸附
子在固体表面的吸附有紧密联系。以及分子间的相互作用过程的实时观察。在检测过
生物分子识别的检测是研究生物分子相互作用程中，不需要对待测物做任何标记，也不会对待测物
的关键。传统的检测方法（如荧光标记、同位素标记造成任何扰动和损伤。
和酶标记等）都需要对待检测物做标记处理。这些
实验材料和方法
处理不可避免地要对分子间的相互作用产生影响。!
近来，又有一些新的技术被用来研究生物分子间的!"!生物试剂
相互作用，如原子力显微镜，它能对单个生物分子进人血清白蛋白（9:5），人血清白蛋白抗体（;70
行研究。但该方法的应用范围较窄，本身有许多不<=9:5），牛血清白蛋白（>:5），牛血清白蛋白抗体
足之处。例如在探测样品的过程中，很容易破坏被（;7<=>:5），人血免疫球蛋白?抗体（;7<=@A?），人血
测物的结构，并且对样品的要求很高，待测物不但与纤维蛋白原抗体（;7<=B=C）都购自美国:@?D5公
表面的吸附要很牢，而且要有一定的硬度［!］。另司。
外，上述方法都很难对生物分子与表面的吸附以及!"#基片处理
分子间的相互作用进行实时观察。在该实验中，用的是切成大小为（!2E$2）88$
大多数生物单分子薄膜的几何厚度仅有零点几的抛光硅片。把硅片先后放入溶液［
FG!9$HI
纳米至几十纳米厚，例如，绝大部分蛋白质在固体表（）（）（／）］和
9$H$6%JI+9#H9$2JK2I!I!33
面上形成的单分子饱和吸附膜层几何厚度在溶液［（）（）］
$!FG$9$HI9$H$6%JI9L)6&JK"I!I!
［］
!%78的范围内"，膜层是薄而透明的，在物理上，（3／3）］中，在3%M下分别清洗28=7，然后用去离
属于超薄相位体。由于相位体不引起探测光波的幅子水清洗6次，再用无水乙醇清洗6次。把清洗好
值变化，即使用显微镜也难以观测［&］。近几年发展的硅片放入二甲基二氯硅烷的三氯乙烯溶液［二甲
起来的光学椭偏显微成像十分适合于观测如此薄的基二氯硅烷I三氯乙烯K!I#（3／3）］中浸泡28=7

收稿日期：!///0%/0$%，修回日期：$%%%0%$0$/。
基金项目：1,/2$0,!0$%#。
生物工程学报卷
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后，轮换用无水乙醇和三氯乙烯清洗硅片次，最
!实验结果与讨论
后，把硅片放入无水乙醇中保存。%
!"#光学椭偏显微成像系统光学椭偏显微成像系统是研究分子与固体表面
光学椭偏显微成像系统是在传统的椭偏仪基础吸附以及分子识别研究的一种简单、快速和可靠的

上发展起来的［"］。光学椭偏测量是用偏振光波为工具。它是在传统的椭偏仪基础上发展起来的。椭

探测光照射样品，样品会对入射光波进行调制，使得偏仪是一种被普遍应用的观察超薄膜的仪器［**］。

反射或透射光中载有样品的信息。在光学椭偏显微光学椭偏显微成像系统不但具有椭偏仪的优点［!］，
成像系统中，用一个扩展光束代替了传统的窄光束；而且有了很大的提高。它的检测面积很大，可以对
#$灯加上一个!%%&’滤光片，与一个光学准直