表面等离子体共振

1. 简介  

表面等离子体共振（surface plasmon resonance, SPR）是一种用于研究分子间相互作用的生物物理技术。SPR通过检测光在金属表面引发的等离子体共振现象，实时监测分子间的结合和解离过程。SPR技术广泛应用于生物学、化学和药物研发领域，用于研究蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-小分子等相互作用。

2. 基本原理  

SPR基于光在金属薄膜（通常为金或银）表面产生的表面等离子体波。当特定波长和角度的偏振光通过棱镜照射到金属薄膜时，会在金属表面激发表面等离子体共振。共振条件下，部分光能量转化为表面等离子体波，导致反射光强度降低。这一现象对表面附近的折射率变化非常敏感，因而可以用于检测分子结合引起的质量变化。

3. 实验步骤  

SPR实验通常包括以下几个步骤：

    1. 芯片准备：将待测分子（如蛋白质、抗体）固定在金属薄膜表面，形成传感芯片。

    2. 样品注入：将含有待检测分子的样品注入流动池，与固定在芯片表面的分子接触。

    3. 实时监测：使用SPR仪器实时监测分子间相互作用，记录结合和解离过程中的反射光强度变化。

    4. 数据分析：通过分析反射光强度随时间变化的传感信号，计算结合常数（K\(_a\)）、解离常数（K\(_d\)）和结合动力学参数。

4. 优点和局限性  

SPR技术具有许多优点，但也存在一些局限性：

    1. 优点：

        - 实时检测：能够实时监测分子相互作用的动态过程，无需标记。

        - 高灵敏度：能够检测低至皮摩尔（pM）水平的分子相互作用。

        - 多功能：适用于多种分子相互作用的研究，包括蛋白质、核酸、小分子等。

    2. 局限性：

        - 表面效应：固定在金属表面的分子可能会影响其天然构象和功能。

        - 非特异性结合：非特异性结合可能会干扰信号，需要严格的实验控制和优化。

        - 成本高：SPR设备和芯片价格较高，实验成本较大。

5. 应用  

SPR技术在生物医学研究和药物开发中具有广泛的应用：

    1. 药物筛选：用于筛选和优化药物候选分子，通过检测其与靶蛋白的结合亲和力和动力学参数。

    2. 蛋白质相互作用研究：研究蛋白质-蛋白质相互作用，揭示信号传导通路和分子机制。

    3. 抗体研究：评估抗体与抗原的结合特性，优化抗体的亲和力和特异性。

    4. 生物传感器开发：利用SPR技术开发高灵敏度的生物传感器，用于疾病诊断和环境监测。

6. 实例研究  

一些使用SPR技术的重要研究实例包括：

    1. 癌症研究：利用SPR研究癌症相关蛋白的相互作用，开发靶向治疗药物。

    2. 病毒研究：通过SPR检测病毒蛋白与宿主细胞受体的结合，筛选抗病毒药物。

    3. 免疫研究：使用SPR评估疫苗候选物与免疫系统成分的相互作用，优化疫苗设计。

7. 参考文献  

    1. Rich, R. L., & Myszka, D. G. (2008). Survey of the year 2007 commercial optical biosensor literature. Journal of Molecular Recognition, 21(6), 355-400.

    2. Homola, J. (2003). Present and future of surface plasmon resonance biosensors. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 377(3), 528-539.

    3. Schasfoort, R. B. M., & Tudos, A. J. (Eds.). (2008). Handbook of surface plasmon resonance. Royal Society of Chemistry.

    4. Rich, R. L., & Myszka, D. G. (2000). Advances in surface plasmon resonance biosensor analysis. Current Opinion in Biotechnology, 11(1), 54-61.

    5. Campbell, C. T., & Kim, G. (2007). SPR microscopy and its applications to high-throughput analyses of biomolecular binding events and their kinetics. Biomaterials, 28(15), 2380-2392.