光波導(dǎo)模式譜(optical waveguide lightmode spectroscopy，OWLS) 技術(shù)在集成光學(xué)領(lǐng)域中是一個(gè)相對(duì)較新的產(chǎn)物。作為一項(xiàng)研究發(fā)生在固體與液體界面的過程的技術(shù)，它使得檢測(cè)靈敏度、獲得的信息量及系統(tǒng)易用性等方面發(fā)展到一個(gè)更高的水平，甚至高于一些已經(jīng)有深遠(yuǎn)影響的的技術(shù)成就，如橢圓偏光法，表面等離子體共振(SPR).

每種方法都有一定的優(yōu)點(diǎn)：橢圓偏光法能用于透明的或不透明的基底；SPR 能夠?qū)嶋H上也必須與貴金屬基底一起使用。但是，在生物學(xué)應(yīng)用中，OWLS 不僅有較高的固有靈敏度，而且便利性和通用性都好于其他常見非標(biāo)記檢測(cè)方法.

OWLS檢測(cè)原理是通過平面波導(dǎo)的基本原理，OWLS 技術(shù)使用一個(gè)光柵來激發(fā)平面波導(dǎo)的導(dǎo)向模式。入射的平面偏振激光從光柵衍射，開始在波導(dǎo)里面通過內(nèi)部的反射傳播。不斷測(cè)量入射角的變化，不需要任何標(biāo)記過程就可以直接在光柵上在線監(jiān)測(cè)高分子的吸附質(zhì)量。這種方法對(duì)于波導(dǎo)表面幾百納米內(nèi)的范圍是很敏感的(探測(cè)極限小于1 ng/cm2 )。此外，達(dá)到秒級(jí)的測(cè)量時(shí)間分辨率可以進(jìn)行原位的、實(shí)時(shí)的吸附動(dòng)力學(xué)研究，這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)于SPR 傳感器的優(yōu)勢(shì)在于它有兩個(gè)參數(shù)：吸附層的厚度(dA)和反射率(nA)可以通過模式方程中的兩個(gè)測(cè)量過的參數(shù)同時(shí)確定

OWLS 的檢測(cè)操作十分簡(jiǎn)便。與其他光學(xué)檢測(cè)方法類似，它的流程主要分成以下三個(gè)步驟：

引入緩沖液沖洗表面，以計(jì)算傳感器的光學(xué)參數(shù)，如波導(dǎo)層的折射率、厚度、激光初始入射角等。這個(gè)過程需要一定的時(shí)間以使得這些光學(xué)參數(shù)變得穩(wěn)定，在OWLS 檢測(cè)結(jié)果上表現(xiàn)為基線的水平化過程。分子識(shí)別(吸附)過程。引入樣品溶液，在一定的樣品流速和溫度下，進(jìn)行核酸的雜交或者蛋白質(zhì)的特異性吸附。通過檢測(cè)傳感器光學(xué)參數(shù)的變化進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品結(jié)合動(dòng)力學(xué)的變化。再次以緩沖液沖洗，洗去未結(jié)合牢固的核酸或蛋白質(zhì)，以穩(wěn)定定量檢測(cè)的結(jié)果。

OWLS與其他光學(xué)非標(biāo)記檢測(cè)法之比較

OWLS 作為新的光學(xué)非標(biāo)記檢測(cè)方法，和以往的其他檢測(cè)方法比較，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高靈敏度、低本底噪聲、定量計(jì)算方便、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)合動(dòng)力學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)在線原位檢測(cè)等方面。

1.靈敏度

OWLS 的原理是計(jì)算有效折射率。所以O(shè)WLS 的靈敏度取決于該儀器對(duì)波導(dǎo)有效折射率變化的分辨率，

相比傳統(tǒng)的免疫學(xué)檢測(cè)方法，OWLS 具有高靈敏度。例如，采用包被抗原的ELISA 方法(從系統(tǒng)論的角度，ELISA屬于將信號(hào)二次放大的方法) 得到的檢測(cè)靈敏度為0.8ng/ml，而在OWLS 表面固定抗原的競(jìng)爭(zhēng)性免疫抑制反應(yīng)的檢測(cè)靈敏度是ELISA 的100~1000 倍。

2.噪聲

標(biāo)記檢測(cè)諸方法的背景噪聲理論上不可消除，造成了信噪比的降低，從而損失了有價(jià)值的信息，甚至有時(shí)由于噪聲污染而使得對(duì)信號(hào)的分析得到錯(cuò)誤的結(jié)果。而某些非標(biāo)記方法也存在背景噪聲的問題，如SPR，因?yàn)槠涔ぷ髟硎峭ㄟ^激發(fā)表面等離子體的共振，就必然存在共振向中心點(diǎn)周圍傳播的情況，這增加了系統(tǒng)噪聲，造成靈敏度的降低和檢測(cè)產(chǎn)生偏差。OWLS的原理是不產(chǎn)生背景噪聲的。

3.定量理論計(jì)算

現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)之一是，從定性檢測(cè)發(fā)展到定量檢測(cè)，從相對(duì)定量檢測(cè)發(fā)展到**定量檢測(cè)，從大致模糊的定量到精確的定量檢測(cè)。對(duì)于標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)來說，如熒光標(biāo)記法，熒光強(qiáng)度受到激發(fā)光強(qiáng)度，熒光分子結(jié)合在待檢測(cè)分子上的位置，熒光分子之間的位置效應(yīng)等多種因素的影響，使得其定量檢測(cè)停留在需要標(biāo)準(zhǔn)體系參照系的相對(duì)定量上，操作比較困難，工作量大。而OWLS 方法僅需要標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的折射率作為參照系，就可以根據(jù)Feijter's 方程計(jì)算出芯片上結(jié)合物質(zhì)的質(zhì)量密度，無需估計(jì)參數(shù)而且計(jì)算簡(jiǎn)單工作量小，可見OWLS 是一種新型的適合于定量檢測(cè)的方法。

4.實(shí)時(shí)檢測(cè)和原位檢測(cè)

利用OWLS 技術(shù)可以很方便地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)和原位檢測(cè)的要求。根據(jù)OWLS 系統(tǒng)的性能要求，OWLS 系統(tǒng)每做一次掃描需要數(shù)秒時(shí)間，故其檢測(cè)的時(shí)間分辨率為秒級(jí)。新開發(fā)的Biosense2.5 軟件還利用定點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)將OWLS 的時(shí)間分辨率提高到1ms，增強(qiáng)了OWLS 在動(dòng)力學(xué)研究上的實(shí)用性。

OWLS的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

生物大分子的相互作用

磷脂雙分子層(細(xì)胞膜)的行為

環(huán)境及環(huán)境污染監(jiān)測(cè)

生物材料的安全性測(cè)試

藥物篩選毒理學(xué)研究