【知識(shí)庫(kù)】淺談幾種非標(biāo)記分子間相互作用技術(shù)的差異

本文摘要

研究分子間相互作用，可以揭示很多生理和病理的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)于生命科學(xué)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文簡(jiǎn)明扼要地對(duì)比了三種分子互作動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)，為科研人員選擇適用的表征技術(shù)提供了可靠依據(jù)。

01丨生命科學(xué)研究中

      使用的那些分子相互作用技術(shù)

了解分子之間的相互作用——尤其是親和力與動(dòng)力學(xué)——可以回答許多重要的關(guān)于生理和病理相關(guān)的問(wèn)題，因此，分子相互作用分析在許多研究領(lǐng)域被視為熱點(diǎn)之一也就不足為奇了。

例如，你可能需要知道一個(gè)分子是如何與受體相互作用的，以了解信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是如何在生物體中發(fā)生的?；蛘咴谒幬锇l(fā)現(xiàn)中，你可能想了解一種小分子藥物或者片段藥物是否與感興趣的潛在藥靶相結(jié)合，以及它們之間結(jié)合的緊密程度。結(jié)合親和力可以告訴我們這一點(diǎn)，但我們還可以從結(jié)合動(dòng)力學(xué)的測(cè)量中獲得更多細(xì)節(jié)。

用于研究結(jié)合動(dòng)力學(xué)的技術(shù)非常多樣，且具有多種不同的原理。在這里，我們僅比較三種。倘若你想了解有關(guān)測(cè)量分子互作中的熱力學(xué)等信息，請(qǐng)參閱我們的等溫滴定量熱技術(shù)（Isothermal Titration Calorimetry, ITC）頁(yè)面。

傳統(tǒng)ELISA技術(shù)與非標(biāo)記光柵耦合干涉技術(shù)的原理對(duì)比

技術(shù)1：

什么是生物膜層干涉技術(shù)？

（Bio-Layer Interferometry, BLI）

生物膜層干涉技術(shù)（BLI）是一種基于表面的、無(wú)標(biāo)記的光學(xué)技術(shù)。與其他生物傳感器技術(shù)不同，BLI不使用復(fù)雜的微流控結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)將光纖傳感器tip頭浸入樣品/緩沖液中來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)過(guò)程中，從光纖傳感器tip頭表面界面的反射光依賴于tip頭表面附近由于互作過(guò)程造成的厚度變化。該表面的反射光與內(nèi)部參考表面反射的光會(huì)發(fā)生干涉，從而形成干涉圖案。

當(dāng)待測(cè)分子與浸泡在實(shí)驗(yàn)溶液（如樣品）中的生物膜層表面結(jié)合時(shí)，膜層厚度和光譜干涉模式發(fā)生變化。通過(guò)實(shí)時(shí)記錄光譜干涉圖案的改變，該技術(shù)可以實(shí)時(shí)跟蹤傳感器表面附近分子結(jié)合與解離信息。

BLI技術(shù)

優(yōu)點(diǎn)

? 使用簡(jiǎn)便、易于上手；

? 無(wú)堵塞風(fēng)險(xiǎn)，適用于復(fù)雜和粘度較大的樣品；

? 耗材可根據(jù)需要獨(dú)立使用，降低單次實(shí)驗(yàn)成本；

? 使用參考傳感器可減少Bulk Effect

BLI技術(shù)

缺點(diǎn)

? 傳感器的靈敏度比SPR和GCI傳感器低幾個(gè)數(shù)量級(jí)；

? 確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)的精度有限，噪音較高；

?  測(cè)量緊密結(jié)合分子對(duì)和快速結(jié)合速率的能力有限；

?  非層流模式檢測(cè)，在擴(kuò)散受限條件下進(jìn)行測(cè)量；

? 測(cè)量快速解離速率的能力有限

技術(shù)2：

什么是表面等離子體共振？

 (Surface Plasmon Resonance, SPR)

表面等離子體共振（SPR）是另一種基于光學(xué)的無(wú)標(biāo)記分析方法——事實(shí)上，它是最 早的基于表面的無(wú)標(biāo)記技術(shù)之一。SPR檢測(cè)的是傳感器表面附近的消逝波場(chǎng)內(nèi)的分子相互作用引起的折射率變化。

在這類傳感器中，玻璃支架上的金屬薄膜（通常為50 nm金膜）被特定波長(zhǎng)的入射光照射。在特定的角度下，依賴于表面附件的折光率，激發(fā)所謂的表面等離子體。由于在反射光中損失了這部分能量，因此，反射光在檢測(cè)器上時(shí)會(huì)形成光強(qiáng)度的“下降"（暗影）（SPR Dip角）。

通過(guò)實(shí)時(shí)確定SPR Dip角的位置，SPR可以測(cè)量金膜表面附近（~ 250 nm以內(nèi)）折射率的變化。儀器通常使用精密的微流路結(jié)構(gòu)引入含有分析物的溶液來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，并且至少需要一個(gè)參考流動(dòng)池用于消除Bulk Effect。

SPR技術(shù)

優(yōu)點(diǎn)

? 靈敏度高

? 層流模式，參考流動(dòng)池消除Bulk Effect

? 可以測(cè)量緊密的分子和快速的結(jié)合速率

SPR技術(shù)

缺點(diǎn)

? 由于使用串聯(lián)的流動(dòng)池，對(duì)具有快速解離性質(zhì)的分子互作檢測(cè)有限

? 傳統(tǒng)的微流控設(shè)計(jì)易于堵塞，后期需要較高維護(hù)成本

? 測(cè)量快速解離速率的能力有限

技術(shù)3：

什么是光柵耦合干涉技術(shù)？

(Grating-Coupled Interferometry, GCI)

基于波導(dǎo)干涉的技術(shù)——另一種無(wú)光學(xué)標(biāo)簽的方法——光柵耦合干涉技術(shù)（GCI）可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和表征分子相互作用，確定與固定配體相互作用的動(dòng)力學(xué)速率參數(shù)、親和力和分析物分子的活性濃度。

在波導(dǎo)干涉測(cè)量中，折射率的變化是在傳感器表面附近波導(dǎo)的消逝場(chǎng)內(nèi)測(cè)量的。這些折射率的變化會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中光的相位（相位調(diào)制）發(fā)生變化。光在整個(gè)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播，具有較長(zhǎng)的作用距離（可達(dá) 3 mm），產(chǎn)生跨越傳感器表面整體的倏逝波。相位變化信息以干涉圖案方式輸出?？偛课挥谌鹗康腃reoptix的GCI技術(shù)利用了波導(dǎo)干涉測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，并消除了傳統(tǒng)波導(dǎo)干涉儀器的校準(zhǔn)問(wèn)題。

GCI技術(shù)

優(yōu)點(diǎn)

? 折光率檢測(cè)作用面大，原始層面信號(hào)的靈敏度高

? 無(wú)堵塞的微流控-芯片一體化設(shè)計(jì)，保留層流模式

? 可測(cè)量緊密的結(jié)合分子和快速的解離速率

? 可實(shí)現(xiàn)單一濃度完成動(dòng)力學(xué)測(cè)定，無(wú)需配制濃度梯度

02丨BLI，SPR與GCI：哪種分子相互作用技術(shù)最 好？

最 佳的分子相互作用技術(shù)取決于分子和應(yīng)用類型以及用戶的需求。下面，您可以看到這三種技術(shù)在四個(gè)關(guān)鍵需求方面的比較：應(yīng)用范圍的廣泛性、弱結(jié)合分子的測(cè)量、ji強(qiáng)結(jié)合分子的測(cè)量和低成本的系統(tǒng)維護(hù)。

結(jié)論

Conclusion

綜上所述，全新的非標(biāo)記分子互作技術(shù)：光柵耦合干涉（GCI）技術(shù)，在應(yīng)用領(lǐng)域、檢測(cè)強(qiáng)弱結(jié)合的能力的方面均有非常優(yōu)異的表現(xiàn)，其zhuan利的微流路設(shè)計(jì)，更減少宕機(jī)時(shí)間，降低了維護(hù)的成本，是生命科學(xué)領(lǐng)域研究分子間相互作用的全新利器。