一文读懂：SPR技术

背 景

等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）技术是一种基于物理光学原理的研究生物分子相互作用的技术，起源于上世纪80年代。随着对SPR性能和仪器系统的不断改进，以及对不同生化样本的测试，目前该技术已广泛应用于药物先导化合物的筛选。SPR在药物研发中发挥着重要作用，适用于药物筛选、药物-靶标相互作用研究和药物代谢动力学研究等领域。作为分子互作检测的"金标准"，SPR已广泛应用到药物的研发、生产与临床申报等。

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SPR设备系统

SPR由三个核心部件（光学检测系统、传感器芯片和微流控系统），及其他部件组成。

光学检测系统

用于检测传感器芯片表面附近的折射率变化。在分子相互作用过程中，分子之间的结合会改变折射率，导致共振角相对于结合分子的质量成比例变化，从而能够灵敏地检测分子相互作用。

传感器芯片

通过表面修饰的功能基团偶联生物分子。传感器芯片是核心部件。传感芯片又分为三个主要组成部分，分别是光波导耦合器件、金属膜以及分子敏感膜。传感器芯片通过共价连接、高亲和力捕获和疏水吸附等方法偶联生物分子。

微流控系统

包括两个液体传送泵，精确输送缓冲液和样品，确保它们在传感器芯片上的均匀分布，从而提高检测灵敏度。

其他部分等

包括例如LED状态指示器和温度控制系统等。

SPR仪器的主要组成部分: (A) SPR 光学检测系统 (B) 信号采集系统 (C) 微流控系统[1]

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SPR工作原理

当光线与传感器芯片的金属膜层上的等离子体振荡相互作用时，会发生共振现象。在SPR实验中，通常将一种生物分子（如蛋白）固定在传感器芯片的金属膜层表面，再通过微射流卡盘将含有相互作用的分子溶液传送至传感器芯片表面，当它们相互结合时，引起共振角发生变化。通过监测这种共振角的变化，可以定量分析生物分子的亲和力、结合动力学等参数。SPR光学检测系统则跟踪检测溶液与芯片表面的分子结合和解离的全过程。

由于其高度的自动化和灵敏特异性且具常规仪器方法难以比拟的实时，动态监测优点，所以SPR被广泛地应用于各种生命现象分子机理研究。随着SPR技术的发展，各种SPR检测模式被开发出来以满足特定的应用需求。不同的SPR检测模式在生物医学研究和应用中具有广泛的应用，提供了有关生物分子相互作用、结合动力学以及纳米颗粒与生物系统之间相互作用的详细信息。

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SPR技术特点

• 实时动态监测

• 样品无需标记

• 样品需求量低

• 检测过程快速

• 高通量，高灵敏度，高效率等

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SPR应用前景

SPR技术已成为药物发现和基础研究的重要工具，广泛应用于生物医学领域，如蛋白-蛋白相互作用、蛋白-小分子药物相互作用、核酸-蛋白质相互作用、核酸-核酸相互作用、抗体-抗原分子亲和力测定等。通过SPR技术，可以实时、动态地监测生物分子间的结合过程，获取结合动力学参数（如结合速率常数，解离速率常数，平衡解离常数等），从而深入理解分子间的相互作用机制。此外，SPR技术还可用于药物开发、筛选、疾病诊断等领域。

The application of SPR technology[1]

总结

了解生物分子间的相互作用有助于深入理解复杂的生物学过程，并为疾病的预防和治疗提供新视角。SPR分子互作技术凭借其实时性、灵敏性、多样性和灵活性，在生物医学研究和药物研发等领域发挥着关键作用。通过SPR技术，我们可以更全面地探索生物分子之间的相互作用，支持药物研发和疾病诊断。随着SPR技术的持续进步，我们对分子相互作用的认识将愈加深入，为生命科学研究开辟更多可能。

参考资料：

[1] Jingyao Zhang, et al. Application and Method of Surface Plasmon Resonance Technology in the Preparation and Characterization of Biomedical Nanoparticle Materials. Int J Nanomedicine. 2024 Jul 11:19:7049-7069. doi: 10.2147/IJN.S468695.

[2] Tam Vo, et al. Biosensor-surface plasmon resonance: A strategy to help establish a new generation RNA-specific small molecules. Methods. 2019 Sep 1:167:15-27. doi: 10.1016/j.ymeth.2019.05.005.

[3] Asa Frostell, et al. Protein-Ligand Interactions Using SPR Systems. Methods Mol Biol. 2013:1008:139-65. doi: 10.1007/978-1-62703-398-5_6.