Analyzing Biomolecular Interactions

1. Analyzing Biomolecular Interactions 熊 玉 翠

2. 概 述 生物分子互作技术(Biomolecular Interaction Analysis)是基于SPR （Surface Plasmon Resonance）原理的新型生物传感分析技术。传统的检测生物分子间相互作用的探针分子和目标分子亲和常数的方法如平衡透析法、光谱测量法、热量测定法、脱氧核糖核酸酶足迹法等，大多需要荧光标记或放射性标记。本文将介绍一种应用SPR（Surface Plasmon Resonance）原理检测生物传感芯片(biosensor chip)上配位体与分析物作用的一种新技术。

3. SPR是在不需使用荧光或同位素标记甚至无须纯化各种生物组分的天然条件下，通过传感器芯片实时监测各类生物分子如多肽、蛋白质、寡核苷酸、寡聚糖、脂类甚至全病毒、细胞之间相互作用的整个过程，并通过分析软件获取生物分子结合/解离、亲和性/特异性、协同/拮抗、反应速率/浓度变化等互作动力学参数。SPR是在不需使用荧光或同位素标记甚至无须纯化各种生物组分的天然条件下，通过传感器芯片实时监测各类生物分子如多肽、蛋白质、寡核苷酸、寡聚糖、脂类甚至全病毒、细胞之间相互作用的整个过程，并通过分析软件获取生物分子结合/解离、亲和性/特异性、协同/拮抗、反应速率/浓度变化等互作动力学参数。

4. SPR生物传感器的基本结构

5. Sensor chip 金属膜 分子敏感膜 Krestschmann棱镜型 反射率高 金属膜 化学稳定性好 金属膜直接吸附法 共价连接法（生物素-亲和素、葡聚糖凝胶、水凝胶、高分子膜、多肽等） 单分子复合膜法 分子印膜技术 50-100nm 分子敏感膜

6. SPR基本原理 SPR是一种物理光学现象。在发生全反射的界面涂上一薄层金膜（或其它金属膜），由于金膜中有自由电子，它们并不是静止不动而是不停在平衡位置附近振动，并具有一定的频率。当光由另一侧以大于临界角入射到金膜的界面，由于入射光会在界面方向有一分量，当这一分量与金膜中电子振荡频率相同时，二者将发生共振,界面处的全反射条件将被破坏, 呈现衰减全反射现象，入射光被金属表面电子吸收,使反射光能量急剧下降

7. 共振角 当入射光波长固定时，反射光强度是入射角的函数，其中反射光强度最低时所对应的入射角称为共振角（SPR angle）

8. SPR检测原理 SPR对附着在金属薄膜表面的介质折射率非常敏感,当表面介质的属性改变或者附着量改变时，共振角将不同。因此，SPR谱（共振角的变化vs时间）能够反映与金属膜表面接触的体系的变化。

9. SPR相互作用研究一般过程

10. P molecules T molecules

11. molecule increase dissociates association

12. SPR的特点 与传统的相互作用技术如超速离心，荧光法，热量测定法等相比，SPR生物传感器具有如下显著特点： 实时检测,能动态地监测生物分子相互作用的全过程； 无需标记样品，保持了分子活性； 样品需要极少，一般一个表面仅需要1毫克蛋白； 检测过程方便快捷，灵敏度高； 应用范围非常广泛； 高通量，高质量的分析数据； 由于SPR基于对未穿透样品的反射光的测量,所以能在混浊的甚至不透明的样品中进行.

13. SPR的应用 SPR在生物化学、免疫学、微生物检测、药物筛选及研发、环境污染的控制、医学诊断、食品及药物检测、工业遥感等方面都有广泛的应用。

14. 展望 随着SPR技术成为科研中的一个不可缺少的部分,SPR生物传感器的应用将更加趋向多样化,特别是它在小分子检测和脂膜领域的新兴应用将使其在未来的药物发现和膜生物学中扮演一个越来越重要的角色。 在这种技术的推动下，新的科研技术和手段会不断涌现。

15. Thank You!