新一代平行分析的SPR生物傳感器
摘要：基于表面等離子體共振的生物傳感器是一種非標記的，實時生物分子相互作用檢測工具。由于技術的限制，早先的SPR技術采用順序分析的方式。現在，最新一代的SPR儀采用平行分析的方式，單次進樣就可以測定1－6對相互作用的動力學。與傳統技術相比，平行分析具有數據質量好、基線聯動和通量高的優點。

表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技術研究生物分子以及和小分子藥物之間的相互作用，具有非標記、實時檢測和樣品用量小的特點，因而在基礎生命科學、醫學研究和藥物開發中應用越來越廣泛 ，幾乎成為研究生物分子相互作用必不可少的一種方法。
基于SPR技術的生物傳感器，只有大約20年的歷史。根據美國Utah大學David Myszka教授的相關文獻，我們可以將SPR生物傳感器的發展劃分成5代，其中最先進的一代傳感器具有高通量和平行分析的特點 。美國Bio-Rad公司最新推出的一款ProteOn XPR36蛋白相互作用陣列系統，就是其中的優秀代表，本文將著重介紹它的技術特點以及給互做研究帶來的提升。
與傳統的SPR生物傳感器一樣，最新一代技術也是將一個分子固定在芯片上，叫做ligand，另一個分子在溶液中流過ligand，叫做analyte。所不同的是兩者的工作方式。以Bio-Rad公司的ProteOn XPR36系統為例，它有一套非常獨特的流動池，稱之為MCM（Multi- Channel Module）。MCM上有6條平行的凹槽，它先以垂直方向扣在芯片表面上，就形成了垂直方向上的6條平行通道，用以標記ligand，如下圖“Step 1”。隨后MCM旋轉90°后再芯片表面結合，就形成6條與原先交叉的通道，可以同時流過6個不同濃度的analyte，如下圖“Step 2”。這樣兩組通道交叉形成36個互做位點，如下圖“Step 3”所示，可以實現一次analyte注入就完成它和最多6個ligand結合的動力學常數（Kon、Koff）和解離平衡常數（KD）的測定 ，而無需反復再生ligand。這種分析方式就稱之為平行分析。而此前的SPR傳感器芯片上不管有多少位點，都只能一次讓一個濃度的analyte溶液流過芯片，叫做順序分析。
 



很多人會直觀地認為，平行分析極大提高了通量。這固然不錯，但除了一些藥廠進行藥物篩選以外，對于大多數實驗室而言，平行分析的最大好處是方便了實驗條件的摸索，提高了數據質量。傳統的SPR傳感器采用順序分析，一次注入一個濃度的analyte，在兩次注入之間，需要用酸、堿、高濃度鹽等試劑把和ligand結合的analyte全部洗脫下來，叫做再生。再生條件的摸索經常是一件很困難的事，過于溫和的試劑不能洗脫干凈，強烈一些的試劑又很容易破壞ligand，從而使最終動力學數據與實際發生偏離，有時偏離還非常明顯，相差可達100倍以上。

平行分析的另外一大好處是基線聯動，使基線更平穩，信號更準確。對于通過捕獲方式標記ligand或者存在明顯非特異性反應的實驗來講，基線是不平的，而且每次再生后的基線漂移水平都不一樣，很難通過一個固定的校準參數進行校準。而ProteOn系統采用的平行分析方式，可以在流過樣品的同時，留出一個通道走緩沖液，觀察基線漂移的情況，然后通過軟件處理實時校準基線，就能得到基線平穩的、不含非特異性反應的信號。下圖就是一個抗體篩選的例子。芯片上首先標記抗小鼠IgG，用來捕獲培養上清中的單抗，然后流過抗原，測量單抗和抗原的結合力。因為單抗和抗原在結合的時候，單抗本身還在跟芯片上的IgG逐漸解離，使基線不斷降低，而且降低的速率在不同的時間也不均勻；所以只有通過基線聯動，才能知道什么時候基線在什么位置，如下左圖，從而通過軟件校準基線，如下右圖。如果用傳統的SPR傳感器反復再生，就無法保證每次注入時的基線漂移完全一樣，自然也就得不到準確的結果。 

 

總之，新一代SPR生物傳感器突破了傳統的順序分析模式，提高了數據質量，加快了分析速度，而且還可以降低使用成本。它把廣大科研工作者從條件摸索的繁瑣勞動中解放出來，從而得到了科研工作者的青睞。