光模光谱仪

光波导光模(optical waveguide lightmode spectroscopy，OWLS) 技术在集成光学领域中是一个相对较新的产物。作为一项研究发生在固体与液体界面的过程的技术，它使得检测灵敏度、获得的信息量及系统易用性等方面发展到一个更高的水平，甚至高于一些已经有深远影响的的技术成就，如椭圆偏光法，表面等离子体共振(SPR).

每种方法都有一定的优点：椭圆偏光法能用于透明的或不透明的基底；SPR 能够实际上也必须与贵金属基底一起使用。但是，在生物学应用中，OWLS 不仅有较高的固有灵敏度，而且便利性和通用性都好于其他常见非标记检测方法.

OWLS检测原理是通过平面波导的基本原理，OWLS 技术使用一个光栅来激发平面波导的导向模式。入射的平面偏振激光从光栅衍射，开始在波导里面通过内部的反射传播。不断测量入射角的变化，不需要任何标记过程就可以直接在光栅上在线监测高分子的吸附质量。这种方法对于波导表面几百纳米内的范围是很敏感的(探测极限小于1 ng/cm2 )。此外，达到秒级的测量时间分辨率可以进行原位的、实时的吸附动力学研究，这项技术相对于SPR 传感器的优势在于它有两个参数：吸附层的厚度(dA)和反射率(nA)可以通过模式方程中的两个测量过的参数同时确定

OWLS 的检测操作十分简便。与其他光学检测方法类似，它的流程主要分成以下三个步骤：

引入缓冲液冲洗表面，以计算传感器的光学参数，如波导层的折射率、厚度、激光初始入射角等。这个过程需要一定的时间以使得这些光学参数变得稳定，在OWLS 检测结果上表现为基线的水平化过程。分子识别(吸附)过程。引入样品溶液，在一定的样品流速和温度下，进行核酸的杂交或者蛋白质的特异性吸附。通过检测传感器光学参数的变化进而实时监测样品结合动力学的变化。再次以缓冲液冲洗，洗去未结合牢固的核酸或蛋白质，以稳定定量检测的结果。

OWLS与其他光学非标记检测法之比较

OWLS 作为新的光学非标记检测方法，和以往的其他检测方法比较，优势主要体现在高灵敏度、低本底噪声、定量计算方便、实时监测结合动力学，可以实现在线原位检测等方面。

1.灵敏度

OWLS 的原理是计算有效折射率。所以OWLS 的灵敏度取决于该仪器对波导有效折射率变化的分辨率，

相比传统的免疫学检测方法，OWLS 具有高灵敏度。例如，采用包被抗原的ELISA 方法(从系统论的角度，ELISA属于将信号二次放大的方法) 得到的检测灵敏度为0.8ng/ml，而在OWLS 表面固定抗原的竞争性免疫抑制反应的检测灵敏度是ELISA 的100~1000 倍。

2.噪声

标记检测诸方法的背景噪声理论上不可消除，造成了信噪比的降低，从而损失了有价值的信息，甚至有时由于噪声污染而使得对信号的分析得到错误的结果。而某些非标记方法也存在背景噪声的问题，如SPR，因为其工作原理是通过激发表面等离子体的共振，就必然存在共振向中心点周围传播的情况，这增加了系统噪声，造成灵敏度的降低和检测产生偏差。OWLS的原理是不产生背景噪声的。

3.定量理论计算

现代生物医学检测技术总的发展趋势之一是，从定性检测发展到定量检测，从相对定量检测发展到绝对定量检测，从大致模糊的定量到精确的定量检测。对于标记检测技术来说，如荧光标记法，荧光强度受到激发光强度，荧光分子结合在待检测分子上的位置，荧光分子之间的位置效应等多种因素的影响，使得其定量检测停留在需要标准体系参照系的相对定量上，操作比较困难，工作量大。而OWLS 方法仅需要标准缓冲液的折射率作为参照系，就可以根据Feijter's 方程计算出芯片上结合物质的质量密度，无需估计参数而且计算简单工作量小，可见OWLS 是一种新型的适合于定量检测的方法。

4.实时检测和原位检测

利用OWLS 技术可以很方便地实现实时检测和原位检测的要求。根据OWLS 系统的性能要求，OWLS 系统每做一次扫描需要数秒时间，故其检测的时间分辨率为秒级。新开发的Biosense2.5 软件还利用定点检测技术将OWLS 的时间分辨率提高到1ms，增强了OWLS 在动力学研究上的实用性。

OWLS的主要应用领域：

生物大分子的相互作用

磷脂双分子层(细胞膜)的行为

环境及环境污染监测

生物材料的安全性测试

药物筛选毒理学研究