本文摘要

研究分子间相互作用，可以揭示很多生理和病理的相关问题，对于生命科学领域来说至关重要。本文简明扼要地对比了三种分子互作动力学分析技术，为科研人员选择适用的表征技术提供了可靠依据。

01丨生命科学研究中

      使用的那些分子相互作用技术

了解分子之间的相互作用——尤其是亲和力与动力学——可以回答许多重要的关于生理和病理相关的问题，因此，分子相互作用分析在许多研究领域被视为热点之一也就不足为奇了。

例如，你可能需要知道一个分子是如何与受体相互作用的，以了解信号转导是如何在生物体中发生的。或者在药物发现中，你可能想了解一种小分子药物或者片段药物是否与感兴趣的潜在药靶相结合，以及它们之间结合的紧密程度。结合亲和力可以告诉我们这一点，但我们还可以从结合动力学的测量中获得更多细节。

用于研究结合动力学的技术非常多样，且具有多种不同的原理。在这里，我们仅比较三种。倘若你想了解有关测量分子互作中的热力学等信息，请参阅我们官网的等温滴定量热技术（Isothermal Titration Calorimetry, ITC）页面。

传统ELISA技术与非标记光栅耦合干涉技术的原理对比

技术1：

什么是生物膜层干涉技术？

（Bio-Layer Interferometry, BLI）

生物膜层干涉技术（BLI）是一种基于表面的、无标记的光学技术。与其他生物传感器技术不同，BLI不使用复杂的微流控结构，而是通过将光纤传感器tip头浸入样品/缓冲液中来进行检测。在检测过程中，从光纤传感器tip头表面界面的反射光依赖于tip头表面附近由于互作过程造成的厚度变化。该表面的反射光与内部参考表面反射的光会发生干涉，从而形成干涉图案。

当待测分子与浸泡在实验溶液（如样品）中的生物膜层表面结合时，膜层厚度和光谱干涉模式发生变化。通过实时记录光谱干涉图案的改变，该技术可以实时跟踪传感器表面附近分子结合与解离信息。

BLI技术

优点

✔ 使用简便、易于上手；

✔ 无堵塞风险，适用于复杂和粘度较大的样品；

✔ 耗材可根据需要独立使用，降低单次实验成本；

✔ 使用参考传感器可减少Bulk Effect

BLI技术

缺点

✖ 传感器的灵敏度比SPR和GCI传感器低几个数量级；

✖ 确定动力学参数时的精度有限，噪音较高；

✖  测量紧密结合分子对和快速结合速率的能力有限；

✖  非层流模式检测，在扩散受限条件下进行测量；

✖ 测量快速解离速率的能力有限

技术2：

什么是表面等离子体共振？

 (Surface Plasmon Resonance, SPR)

表面等离子体共振（SPR）是另一种基于光学的无标记分析方法——事实上，它是最 早的基于表面的无标记技术之一。SPR检测的是传感器表面附近的消逝波场内的分子相互作用引起的折射率变化。

在这类传感器中，玻璃支架上的金属薄膜（通常为50 nm金膜）被特定波长的入射光照射。在特定的角度下，依赖于表面附件的折光率，激发所谓的表面等离子体。由于在反射光中损失了这部分能量，因此，反射光在检测器上时会形成光强度的“下降”（暗影）（SPR Dip角）。

通过实时确定SPR Dip角的位置，SPR可以测量金膜表面附近（~ 250 nm以内）折射率的变化。仪器通常使用精密的微流路结构引入含有分析物的溶液来进行检测，并且至少需要一个参考流动池用于消除Bulk Effect。

SPR技术

优点

✔ 灵敏度高

✔ 层流模式，参考流动池消除Bulk Effect

✔ 可以测量紧密的分子和快速的结合速率

SPR技术

缺点

✖ 由于使用串联的流动池，对具有快速解离性质的分子互作检测有限

✖ 传统的微流控设计易于堵塞，后期需要较高维护成本

✖ 测量快速解离速率的能力有限

技术3：

什么是光栅耦合干涉技术？

(Grating-Coupled Interferometry, GCI)

基于波导干涉的技术——另一种无光学标签的方法——光栅耦合干涉技术（GCI）可以实时监测和表征分子相互作用，确定与固定配体相互作用的动力学速率参数、亲和力和分析物分子的活性浓度。

在波导干涉测量中，折射率的变化是在传感器表面附近波导的消逝场内测量的。这些折射率的变化会导致波导结构中光的相位（相位调制）发生变化。光在整个波导结构中传播，具有较长的作用距离（可达 3 mm），产生跨越传感器表面整体的倏逝波。相位变化信息以干涉图案方式输出。总部位于瑞士的Creoptix的GCI技术利用了波导干涉测量的优势，并消除了传统波导干涉仪器的校准问题。

GCI技术

优点

✔ 折光率检测作用面大，原始层面信号的灵敏度高

✔ 无堵塞的微流控-芯片一体化设计，保留层流模式

✔ 可测量紧密的结合分子和快速的解离速率

✔ 可实现单一浓度完成动力学测定，无需配制浓度梯度

02丨BLI，SPR与GCI：哪种分子相互作用技术最 好？

最 佳的分子相互作用技术取决于分子和应用类型以及用户的需求。下面，您可以看到这三种技术在四个关键需求方面的比较：应用范围的广泛性、弱结合分子的测量、极强结合分子的测量和低成本的系统维护。

结论

Conclusion

综上所述，全新的非标记分子互作技术：光栅耦合干涉（GCI）技术，在应用领域、检测强弱结合的能力的方面均有非常优异的表现，其专 利的微流路设计，更减少宕机时间，降低了维护的成本，是生命科学领域研究分子间相互作用的全新利器。