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光波導模式譜(optical waveguide lightmode spectroscopy，OWLS) 技術在集成光學領域中是一個相對較新的產(chǎn)物。作為一項研究發(fā)生在固體與液體界面的過程的技術，它使得檢測靈敏度、獲得的信息量及系統(tǒng)易用性等方面發(fā)展到一個更高的水平，甚至高于一些已經(jīng)有深遠影響的的技術成就，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：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，在生物學應用中，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記檢測方法.

OWLS檢測原理是通過平面波導的基本原理，OWLS 技術使用一個光柵來激發(fā)平面波導的導向模式。入射的平面偏振激光從光柵衍射，開始在波導里面通過內(nèi)部的反射傳播。不斷測量入射角的變化，不需要任何標記過程就可以直接在光柵上在線監(jiān)測高分子的吸附質(zhì)量。這種方法對于波導表面幾百納米內(nèi)的范圍是很敏感的(探測極限小于1 ng/cm2 )。此外，達到秒級的測量時間分辨率可以進行原位的、實時的吸附動力學研究，這項技術相對于SPR 傳感器的優(yōu)勢在于它有兩個參數(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測量過的參數(shù)同時確定

OWLS 的檢測操作十分簡便。與其他光學檢測方法類似，它的流程主要分成以下三個步驟：

引入緩沖液沖洗表面，以計算傳感器的光學參數(shù)，如波導層的折射率、厚度、激光初始入射角等。這個過程需要一定的時間以使得這些光學參數(shù)變得穩(wěn)定，在OWLS 檢測結果上表現(xiàn)為基線的水平化過程。分子識別(吸附)過程。引入樣品溶液，在一定的樣品流速和溫度下，進行核酸的雜交或者蛋白質(zhì)的特異性吸附。通過檢測傳感器光學參數(shù)的變化進而實時監(jiān)測樣品結合動力學的變化。再次以緩沖液沖洗，洗去未結合牢固的核酸或蛋白質(zhì)，以穩(wěn)定定量檢測的結果。

OWLS與其他光學非標記檢測法之比較

OWLS 作為新的光學非標記檢測方法，和以往的其他檢測方法比較，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高靈敏度、低本底噪聲、定量計算方便、實時監(jiān)測結合動力學，可以實現(xiàn)在線原位檢測等方面。

1.靈敏度

OWLS 的原理是計算有效折射率。所以OWLS 的靈敏度取決于該儀器對波導有效折射率變化的分辨率，

相比傳統(tǒng)的免疫學檢測方法，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屬于將信號二次放大的方法) 得到的檢測靈敏度為0.8ng/ml，而在OWLS 表面固定抗原的競爭性免疫抑制反應的檢測靈敏度是ELISA 的100~1000 倍。

2.噪聲

標記檢測諸方法的背景噪聲理論上不可消除，造成了信噪比的降低，從而損失了有價值的信息，甚至有時由于噪聲污染而使得對信號的分析得到錯誤的結果。而某些非標記方法也存在背景噪聲的問題，如SPR，因為其工作原理是通過激發(fā)表面等離子體的共振，就必然存在共振向中心點周圍傳播的情況，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.定量理論計算

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

4.實時檢測和原位檢測

利用OWLS 技術可以很方便地實現(xiàn)實時檢測和原位檢測的要求。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)秒時間，故其檢測的時間分辨率為秒級。新開發(fā)的Biosense2.5 軟件還利用定點檢測技術將OWLS 的時間分辨率提高到1ms，增強了OWLS 在動力學研究上的實用性。

OWLS的主要應用領域：

生物大分子的相互作用

磷脂雙分子層(細胞膜)的行為

環(huán)境及環(huán)境污染監(jiān)測

生物材料的安全性測試

藥物篩選毒理學研究