DPI技术－“分子显微镜”
DPI（Dual Polarization Interferometry）双偏振极化干涉分析技术是自2002年以后发展起来的用于对相互作用的分子之间的实时相互作用行为进行定性定量测量研究的工具。通过对两相或者多相分子相互作用界面层的的密度、厚度和表面浓度进行实时的、动态的定量测量来了解分子结构（如聚合物或表活剂分子）与界面相互作用（如吸附）行为之间的关系。DPI技术广泛应用于日化和精细化工、蛋白质与药物研发、生物物理等研究领域。实时分析测量的另外一个优势在于可以对实验进行实时优化，在实验过程中可以随时改变实验条件如PH值、外来添加剂分子的疏水/亲水强度、极性等等，能够实时观察分子间相互作用强度和界面相互作用的变化。
DPI技术的原理
双偏振极化干涉测量分析系统的理论基础为200年前Thomas Yuong的干涉实验，如图，当光源通过相邻的两道狭缝后会在狭缝后面发生干涉，在某一聚焦平面上产生明暗的条纹，同样如果用两片平板光导介质代替两个狭缝，光源发出的光便会在通过光导介质后产生干涉条纹，用适当的光检测器进行检测可得到动态的干涉变化。
当用物理或者化学的方法将被测样品（如蛋白质或表面活性剂等）吸附在其中某一个光导界面上后，将另外一种液相物质（如金属离子或者药物小分子等）流经被测物表面时，两相分子之间会产生相互作用，当特异性作用发生时，干涉光谱会有明显变化，通过监测干涉光谱的变化实时检测被测物质与其它小分子相互作用时的被测物质的空间构象实时变化以及相应热力学及动力学参数的变化。见下图：
DPI技术的最大特色是高分辨率的实时定量测量技术，它不仅给出相互作用的动力学及热力学参数，来判定特异性的结合，而且给出在相互作用时被测物分子的空间构型变化，密度、厚度、质量的变化；以及在外界因素影响下，被测物自身的分子空间构型变化，如蛋白质在不同PH值或者不同浓度的金属离子环境中分子空间构象变化或自身聚集情况的定量测量，用来筛选影响蛋白聚集的外界因素等。DPI技术可以实施测量到分子<0.1A的空间构象（尺寸）的变化，以及<0.1pg/mm3 的密度变化，可以检测到分子量为100000Da的生物大分子上结合的质量<50Da的小分子中，分辨率为5Da的质量变化。
DPI技术在生物、医学、材料科学领域的应用
DPI技术的商品化仪器，英国Farfield公司的AnaLight系列分析系统已经成功应用于生物物理学包括蛋白质、核酸、脂、糖类等生物大分子的研究。作为干涉测量技术，DPI具有极宽的动态范围，可选择使用的化学试剂范围宽，如DMSO、EtOH和各种缓冲溶液添加剂，与其它技术相比，DPI可以使用户随意选择试剂及缓冲溶液来优化实验。 DPI技术对于研究人员找出生物大分子结构变化与功能之间的关系，以及生物大分子与其它小分子间相互作用的实时检测是目前所有的实验室检测技术无法实现的。
其在蛋白质学领域研究的主要应用有⑴生物大分子间相互作用；⑵膜蛋白与膜脂研究；⑶蛋白与小分子（药物）相互作用，药物研发筛选；⑷蛋白与金属离子间相互作用；⑸生物大分子结构稳定性研究；⑹蛋白质结晶研究等领域。
例如，DPI技术可以对蛋白质的结构表征，及其在固-液界面上的吸附、聚集行为进行实时监测，对分子结合过程进行化学计量，并区分特异性和非特异性结合。小分子和固定化蛋白质之间的相互作用一直是医药领域关注的热点，在d-生物素和固定化抗生物素蛋白链菌素相互作用的经典模型中，DPI技术给出了固定化抗生物素蛋白链菌素层在溶液中与d-生物素结合相互作用的密度、厚度的实时变化，实验所得的分子结构演变数据与x-晶体衍射实验数据高度吻合，结合d-生物素后的质量变化也与预期的结合容量一致。蛋白吸附层的密度变化可以提供关于特异性非特异性结合相互作用的信息。
美国科学家们利用DPI技术表征碳水化合物—蛋白质相互作用，所选实验材料包括一个12 kDa的重组的胶原蛋白V（ HepV）和肝素的片段，一个复杂的多糖。该分析报告包括HepV片段与肝素结合时分子层的厚度、密度和表面结构。对于硫酸乙酰肝素表面硫酸根基团和蛋白质结合区域来说是一个非常有价值的研究模型。该模型已初步研究了其生物的相关性，反应动力学研究结果与用表面等离子体共振（ SPR ）检测结果相似，已归因于假定的构象变化。 同时，采用DPI技术，一个抗生物素蛋白链菌素层（表面覆盖率为2.105 ng/mm2 ）被固定到传感器的表面（92 ％），捕获的生物素结合肝素为0.105 ng/mm2（化学计量比为1：6），肝素与抗生物素蛋白链菌素结合，但仍有能力结合0.154 ng/mm2 HepV，这使得重组胶原蛋白V和肝素复合物化学计量比（1.7:1.0 ）的计算结果显得可靠 ，这些通过SPR检测是难以评估的。此外，实时监测分析了肝素与HepV的相互作用，DPI结果显示在结合发生时可能有一些表面的缺失（可能是抗生物素蛋白链菌素），而非仅仅动力学基础上假定的构象变化，为进一步的结合机制的研究提供了可能性。
丹麦科学家也曾对DPI与目前广泛采用的SPR（表面等离子体共振）技术进行比较，这两种技术都是使用消逝波场作为感测元件，但计算吸收量的方法是完全不同的。测试系统采用脂肪酶和C-18表面的吸附作用。 这两种技术对吸附量的计算结果是基本一致的，等温吸附线均在脂肪酶浓度不低于1000 nM时于1.30～1.35mg/m 2达到饱和。这一研究结果支持了同时使用DPI和SPR技术作为研究蛋白吸附的工具，SPR技术的即时感应适用于建立初步的反应动力学研究，而DPI技术在吸附层折射率和厚度的化学计量方面精确度更胜一筹。
DPI技术在研究神经衰退性疾病方面有很大发展空间。一些神经衰退性疾病，包括老年痴呆症和帕金森氏病等常与异蛋白聚集异常有关，这种异常是由蛋白质的错误折叠导致的，因此成为新药研发中病因学研究的主要目标。DPI技术可以准确地测量蛋白的错误折叠，因此提供了重要的洞察疾病发病机制中早期变化的工具，来发现甚至捕捉那些隐藏在缓慢、微妙的神经系统衰退性变化背后的最早阶段的蛋白质错误折叠。
此外，DPI技术在表面科学分析和生物纳米技术领域也有广泛的应用。 DPI分析系统通过实时定量测量各种薄膜和纳米表面来研究其结构和特点。DPI技术的商品化仪器 AnaLight系列，广泛应用于纳米技术领域，包括聚合物，表面活性剂精细化工和生物大分子，如表面科学与界面研究（薄膜分析）； FMCG 研究开发；纳米技术及纳米表面结构；生物纳米技术生物分子表面科学；生物适应性、表面活性剂、聚合物等界面相互作用；界面物理化学、界面科学、洗脱研究；生物材料表面化学（如隐形眼镜、体内植入体等）；胶体表面化学中两亲分子有序组合体和分子自组装研究研究等。
例如，英国科学家们采用DPI技术进行了溶菌酶在硅胶/水界面的吸附作用的研究，该以实验室为基础的技术允许在一个掺有微量二氧化硅（石英）的表面吸附或解吸附酶分子层，实时测量厚度和折射率随时间的变化。研究了一系列浓度梯度（0.03～4.0 g/dm3）和pH梯度（4～7）的溶菌酶的吸附作用，如pH为4时逐渐增加酶分子浓度，吸附层厚度为14～ 43 ± 1 Å，覆盖率为0.21 to 2.36 ± 0.05 mg/m2，单分子吸附层在低浓度酶液中显示出强烈的变形以及构型翻转，当pH为7时，吸附层厚度为16～ 54 ± 1 Å ，覆盖率显著增加为 (0.74 to 3.29 ± 0.05 mg/m3 ), 同样显示出随着酶分子浓度增加，从最初单分子吸附层形成逐渐过渡到双吸附层过程中酶分子结构的变化。pH 值再循环显示，酶浓度固定在1.0 g/dm3时有一个广泛的可逆吸附范围，且与pH值变化（4～7）无关。 尽管精妙的分子取向细节在吸附层上各不相同，这些观察结果与前期采用中子反射法所得结果是一致的。
目前，在国内大陆地区还未有该系列产品的应用。由于其诸多无可比拟的优点，DPI系统将会越来越广泛地应用在生物、医学及材料科学方面。
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