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表面等离子共振技术在蛋白-蛋白相互作用的应用(一)

2020.7.13

应用领域
结合特异性、抗体选择、抗体质控、疾病机制、药物发明、生物治疗、生物处理、生物标记物、配体垂钓、基因调控、细胞信号传导、亲和层析、结构-功能关系、小分子间相互作用等

检测原理
表面等离子共振(SPR)是一种光学现象,可被用来实时跟踪在天然状态下生物分子间的相互作用。这种方法对生物分子无任何损伤,且不需任何标记物。
先将一种生物分子(靶分子)键合在生物传感器表面,再将含有另一种能与靶分子产生相互作用的生物分子(分析物)的溶液注入并流经生物传感器表面。生物分子间的结合引起生物传感器表面质量的增加,导致折射指数按同样的比例增强,生物分子间反应的变化即被观察到。这种反应用反应单位(RU)来衡量:1 RU = 1pg 蛋白/mm2 = 1 x 10-6 RIU(折射指数单位)。
分析物在被注入的过程中,由对流和扩散流经相互作用表面而与靶分子形成复合物,导致分析物浓度改变。微射流系统内nL数量级流动通道的应用,使得这种浓度的改变降至最低点,以确保高传质系数(Mass Transport Coefficient,km)。为保证分析物的传质性不被限制,键合在生物传感器表面的靶分子浓度必须较低。当分析物被注入时,分析物-靶分子复合物在生物传感器表面形成,导致反应增强。而当分析物被注入完毕后,分析物-靶分子复合物解离,导致反应减弱。通过结合式相互作用模型拟合这种反应曲线,动力学常数便可被确定。而非特异性结合和总折射指数移相等效应则可通过参照曲线减除功能予以驱除。


生物传感器和微射流系统
SensiQ的SPR生物传感器运用了Texas Instruments公司研发的光学传感器设计,以及Kretschmann SPR几何学构建,灵敏度高,光学静稳。生物传感器一次性使用,其羧基化表面适合于多种优化键合方案。生物传感器的安装快捷,几秒钟便可完成,使用也非常简便。功能化的生物传感器即便在储存一段时间后仍可继续使用。
SensiQ的双通道nL数量级的流动池设计,利于实时的参照曲线减除,并保证分析物在生物传感器的相互作用表面具有高传质性(Mass Transport)。最大地降低死体积和样品散射,对于真实的和量化的动力学和亲和性数据的获取至关重要。耐用的射流设计便于维修,明显减少了停机时间。

表面等离子共振技术
表面等离子共振(SPR)是一种光学现象,可被用来实时跟踪在天然状态下生物分子间的相互作用。这种方法对生物分子无任何损伤,且不需任何标记物。

先将一种生物分子(靶分子)键合在生物传感器表面,再将含有另一种能与靶分子产生相互作用的生物分子(分析物)的溶液注入并流经生物传感器表面。生物分子间的结合引起生物传感器表面质量的增加,导致折射指数按同样的比例增强,生物分子间反应的变化即被观察到。这种反应用反应单位(RU)来衡量:1 RU = 1pg 蛋白/mm2 = 1 x 10-6 RIU(折射指数单位)。

分析物在被注入的过程中,由对流和扩散流经相互作用表面而与靶分子形成复合物,导致分析物浓度改变。微射流系统内nL数量级流动池的应用,使得这种浓度的改变降至最低点,以确保高传质系数(Mass Transport Coefficient,km)。为保证分析物的传质性不被限制,键合在生物传感器表面的靶分子浓度必须较低。当分析物被注入时,分析物-靶分子复合物在生物传感器表面形成,导致反应增强。而当分析物被注入完毕后,分析物-靶分子复合物解离,导致反应减弱。通过结合式相互作用模型拟合这种反应曲线,动力学常数便可被确定。而非特异性结合和总折射指数移相等效应则可通过参照曲线减除法予以驱除。

实验设计
亲和分子对包括:
蛋白质–蛋白质(Protein–Protein) 
多肽–受体(Peptide–Receptor) 
抗体–抗原(Antibody–Antigen) 
膜受体–配体(Membrane Receptor–Ligand) 
凝集素–聚糖/糖蛋白(Lectin–Polysacharride/Glycoprotein) 
蛋白质–小分子(Protein–Small Molecule) 
蛋白质–核酸(Protein–Nucleic Acid) 
细胞–配体(Cell–Ligand)

任何一对亲和分子,一个(靶分子)被键合在生物传感器表面,另一个(分析物)被置于溶液中。当含有分析物的溶液流经靶分子键合的生物传感器表面时,亲和性复合物生成。

SensiQ配备双通道流动注射分析式微射流系统,内有85nL流动池。SensiQ使用一次性的SPR生物传感器,装卸简便。生物传感器表面包被有单层的羧基化寡聚环氧乙烷(Carboxylated Oligoethyleneoxide)基质,可键合多种生物分子,并有效地阻止非特异性结合及变性。靶生物分子的这种既被键合在固相生物传感器表面,又存在于液相中的方式,增进了两种亲和分子间的接触性,同时避免了由于人为因素所造成的动力学分析的复杂化。

SensiQ备有多种键合方案用于改进实验设计,以支持生物分子的附着。最常用的偶联方式是用EDC/NHS进行胺偶联。其它键合方式,例如顺丁烯二酰亚胺-硫醇(Maleimide-thiol),还原胺化,酰肼-醛(Hydrazide-aldehyde),亲和力捕获等,亦可使用。SensiQ双通道检测中的一个通道可用于生成适当的参照曲线。当表面化学物固定好以后,加入最多250 µl的样品,缓冲液流经生物传感器表面时产生稳定的基线。样品注入和计时通过自动化控制完成。通过实验设置向导功能,用户可记录多次注射周期,并具备高重复性。

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