生物分子相互作用研究的重 要工具-SPR Sensor
内容
• • • • 概述 原理 研究相互作用的一般过程及应用 发展前景
表面等离子共振(SPR)传感器
• 光学传感器 • 瑞典科学家Liedberg 等于80 年代首次将SPR传感器技术运 用于IgG抗体与其抗原相互作用的测定 • 1990 年,瑞典的Biacore AB 公司开发出世界上第一台商业 化的SPR 生物传感器BiacoreTM,随后不断有专业化的商用 SPR 生物传感器平台 • 广泛应用于从蛋白、寡核苷酸、寡糖、脂类到小分子、噬 菌体、病毒颗粒、细胞等各种生物体系。
• 从根本上改变了生物分子识别科学,成为生命科学和制药研 究上的标准工具
SPR基本原理
它利用P偏振光在 玻璃与金属薄膜 界面处发生全内 反射时渗透到金 属薄膜内的消失 波,引发金属中的 自由电子产生表 面等离子体子, 当表面等离子体 与消失波的频率 相等时,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
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。
SPR响应
Science 2002, 295:2103-2105
SPR生物传感器的基本结构
1. 光波导耦合器件 2. Sensor chip 金属膜 分子敏感膜
光波导耦合器件
Krestschmann 棱镜型
金属膜 分子敏感膜
金属膜
反射率高 化学稳定性好
Au 膜和Ag 膜是SPR 中最常用的两种金属薄膜
膜的厚度:50-100nm
分子敏感膜
成膜方法: 1. 金属膜直接吸附法 2. 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) 3. 单分子复合膜法 4. 分子印膜技术
Types of interaction
Protein interactions
•Small molecules
Membrane proteins
Nucleic acids
Cell and viruses
Carbohydrates
Biomolecular Interaction Analysis
• Specificity • Kinetic :rate analysis
结合速率:ka 解离速率:kd
• Affinity:the strength of binding
结合常数KD:kd/ka
• Concentration measurements • Structure and function
SPR相互作用研究一般过程
•Immobilization: the (covalent) binding of the ligand to the sensor chip surface •Association: binding of the analyte to the ligand •Steady state: the rate of association and dissociate are the same •Dissociation: analyte leaves the ligand under flow •Regeneration: forced dissociation of the analyte
Interaction of proteins and antibodies
• CM5 Research Grade Sensor chips • Activeted by EDC/NHS • Immobilized of antibody
carboxymethyldextran derivatized surface
• Injection of sample (diluted plasma)
J. Mol. Recognit. 2003; 16: 15–19
• MALDI-TOF MS
EMERGING APPLICATION AREAS • • • • Food and environment analysis Immunogenicity Proteomics Drug discovery hit, ADME • Clinical analysis
SPR的优点
1. 待测物无需标记 2. 适用于混浊、不透明或者有色溶液 3. 能实时、连续监测反应动态过程 4. 检测方便、快捷 5. 应用范围广
SPR缺点
1. 难以区分非特异性吸附 2. 对温度、样品组成等干扰因素 敏感
SPR发展方向
• 高通量 SPR 成像 • 微流控 SPR sensor • SPR-MS
SPR IMAGING
Anal Bioanal Chem (2004) 379: 328–331
SPR IMAGING
DNA Microarray on AU film
检测限 10nM
空间分辨:50-70微米
微流控SPR Imagine
Anal. Chem. 2001,73: 5525-5531
微流控SPR Imagine
样品量:1微升 是传统SPR检测的1/500
Anal. Chem. 2001,73: 5525-5531
SPR-MS
TRENDS in Biotechnology Vol.21 No.7 July 2003
SPR-MS
Anal. Chem. (2000) 404 A-411 A
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