SPR在生物醫藥領域的最新應用

傳感器（MP-SPR)

生物傳感器、氣體傳感器、食品安全、環境監測、免疫響應、實驗開發

◆  應用MP-SPR技術測量氣體導致的表面變化

MP-SPR儀器用于表征由不同氣體導致的聚合物薄膜變化。不同的濕度顯示了與聚合物相互作用的濃度依賴性，并且乙醇蒸氣看起來滲入了聚合物層。

◆  應用MP-SPR技術測定生物化功能層的結合能力：

臨床診斷正在從中心實驗室移近病人，進入醫生的辦公室，藥房，千家萬戶。這一類臨床檢測設備（POC）的要求與中心實驗室的要求大大地不同。POC設備應該為臨床相關性分析物的快速分析提供低成本和易操作的工具。

許多紙制電子器件為制作便宜的、可丟棄的和可回收的應用電子平臺打開了機會，可用于生物傳感器或者醫學診斷領域。

C-活性蛋白（CRP）是一種身體中常見的炎癥標記物。監測CRP的水平可以用于跟蹤疾病的過程或者治療效果。

當發展一類新的生物傳感器時，通常最主要的是評估此生物傳感技術相對于已經建立的方法的性能。表面等離子共振技術SPR已經用于生物傳感器領域的研究超過了20年的時間，并且是一個優秀的對照辦法。

選擇增強型SPR

◆  選擇增強型SPR-一種新的標記方法用于增強生物傳感器性能

增強小分子模型系統的靈敏度和特異性。選擇增強型SPR（SAMP-SPR）的使用大大增強了應用SPR技術對小分子量復合物的分析。      改進包括：

·  靈敏度增強：在信噪比上一般增強100倍或更多

·  特異性增強：只檢測染料標簽，將非特異性干擾降到最低

◆  選擇增強型SPR（SAMP-SPR）-一種新穎的標記方法用于增強光學生物傳感器性能

小分子模型系統的競爭性分析。使用SAMP－SPR采用競爭分析的方式分析小分子，在沒有大分子標記的情況下將SPR的靈敏度提升到以往不可企及的水平。競爭性分析小的染料標簽有助于：

·  測定平衡常數和親和力排名

·  進行競爭動態分析

◆  選擇增強型SPR-一種新型的方法用于增強生物傳感器的性能

  應用SAMP-SPR實時分析DNA的雜化，得出高特異性、改進的信噪比和明顯更干凈的Sensorgram圖譜。

生命科學（MP-SPR)

蛋白結合、抗體/抗原相互作用、新藥開發、DNA-DNA

◆ 小分子藥物與人血清清蛋白（HSA）的相互作用：

人血清清蛋白（HSA）由于其豐富的數量，是血漿中最重要的蛋白。HSA的主要功能是運送脂肪酸和保持血液的膠體滲透壓，它是許多激素和藥物的重要載體，尤其是疏水性的。藥物分子結合到HSA會增加藥物的半衰期和降低血液中自由的藥物分子的濃度，這使它對臨床護理有極其重要的作用。在藥物發現的早期，確定血漿蛋白的給合是很重要的，因為它被用于評價藥物所需要的劑量和從身體中清除。

人血清清蛋白（HSA）通過氨基偶聯固定在芯片表面，通過MP-SPR來研究小分子藥物與HSA之間的相互作用，通過測量確定了穩態的親和力值和結合的動力學數據。

◆ 應用MP-SPR測量抗體與抗原之間的相互作用：

蛋白-抗體之間的相互作用是醫藥工業和蛋白研究中極其重要的研究領域。基于抗體的生物技術藥物已經呈現出對于一些痼疾有效的治療，比如貝伐單抗用于癌癥治療以及阿達木單抗用于類風濕性關節炎。

應用MP-SPR測量人血清清蛋白抗體（anti-HSA）與固定在芯片上的人血清清蛋白（HSA）相互作用。正如假設的，商品化的anti-HSA強力地結合到HSA上以及極其緩慢地從HAS上解離下來。從相互作用中計算出來穩態的親和力以及結合的動力學參數。

◆ 應用MP-SPR測量藥物與單層細胞的相互作用：

體外細胞測定在藥物發現中被廣泛使用。傳統中的這些測定需要標記的材料以及這類分析是基于使用UV、熒光或者質譜的后檢測。

單層細胞沉積到SPR的芯片表面。MP-SPR用于在可控的流動條件下、實時地測量藥物分子（心得安和D-甘露醇）與單層細胞的相互作用。基于以上的測量，可能在旁細胞和跨細胞的兩種不同的藥物吸收路徑中進行區分和辨別。

◆ 應用MP-SPR研究一定特異性的單鏈抗體的結合動力學：

PKCε -（蛋白激酶ε）在多種的信號傳導系統中起著必不可少的作用以及PKCε的失調與若干個致命的疾病有關，比如：癌癥、II型糖尿病和阿爾茨海默疾病。所以PKC ε -的特異的活化劑和抑制劑作為研究工具和未來的藥物是很有發展前途的。美洲駝的單鏈抗體（VHHs）是一類新的單克隆抗體，它可以特異性地活化或抑制人類的PKCε（蛋白激酶ε）。最近的一篇出版物報道了應用表面等離子共振技術對VHHs和PKCε的動態的分析。

同樣也對VHHs在激酶活性測定中進行測試，以確定對PKCε的活化或抑制的動力學。另外，自從VHHs在海拉細胞中對PKCε的遷移有不同的影響，他們在體內有PKCε活性。

◆ 應用MP-SPR進行單鏈的寡核苷酸的定量計算：

DNA的檢測可用于探測遺傳物質，以用于從一大類樣品中測出遺傳紊亂、突變、基因轉染或種類。通過測量長度超過20個核苷酸的特定的單鏈寡核苷酸，有可能從大量的遺傳材料中測出和定量計算出獨特的基因序列。MP-SPR技術可容易地用于DNA的測定，可以精確地檢測和定量計算單鏈寡核苷酸，其濃度范圍可從納摩爾到微摩爾。

◆ 應用MP-SPR技術表征支撐脂質層

多參數表面等離子共振技術（MP-SPR）用于描述吸附在不同襯底上的脂質層結構的特征。在二氧化硅和小分子量的葡聚糖表面形成了支撐脂雙層膜（SLB），而在巰基聚乙二醇的表面則形成了支撐囊泡層膜（SLV）。沉積的脂質層的厚度和折射率可計算出來：SLB層約為5nm厚，而SLV層則為10nm厚。

◆ 流體力學效應在生物分子相互作用和靶向藥物運輸的研究

MP-SPR可用于流體力學效應在相互作用動力學方面的研究，并成為生物分子相互作用和靶向藥物運輸研究中的有價值工具。

材料科學（MP-SPR)

層-層組裝、自組裝單層膜、LB膜、生物薄膜、聚合物薄膜、無機物薄膜、材料科學、納米技術、納米粒子

◆  應用MP-SPR技術研究纖維素模型的表面與蛋白的相互作用：

應用MP-SPR和QCM-D兩項技術來研究人類免疫球蛋白G（hlgG）和牛血清白蛋白（BSA）在天然的纖維素表面、羧甲基化修飾的纖維素表面（CMC）和殼聚糖修飾的纖維素表面的吸附。已知不同的纖維素衍生物通過不同的靜電力和非特異性反應來影響蛋白的結合，并且或增強或減弱不同蛋白的結合。 阻止生物分子的非特異性吸附在親和力吸附方面很關鍵，因為它定義了系統的探測靈敏度以及在不同應用中的適宜性。像這種情況，我們應用SPR技術研究牛血清白蛋白（BSA）在纖維素表面、CMC-和殼聚糖修飾的纖維素表面的吸附。

在診斷學領域，如果要探測某些病原體，就要求所生產的支撐物帶有特定的親和力。所以，帶hlgG的纖維素基片的功能化可以構建一個用于檢測這些生物高聚物的平臺。

◆  應用SPR技術實時表征聚電解質多層：

聚電解質多層（PEM）是層與層之間納米制備的具體例子，在這個例子中明確的納米尺度薄膜構造通過自組裝在表面建立起來。PEMs的形成的通過帶相反電荷的大分子依次沉積的，而大分子是通過靜電的相互作用而與彼此相結合。這種相互作用是非特異性的，這種擴展了可用于納米制備的材料的種類。層的逐步地增長取決于很多參數，比如：溫度、pH值、溶液的離子強度和用于沉積的材料的種類，并且這種也可以用來控制形成層的結構和屬性。類似納米顆粒、碳納米管、光、PH值或溫度響應性聚合物這樣的材料可用于建立有所需功能性或性質的PEMs。PEMs在光學、傳感、過濾、涂層、復合材料和藥物遞送等領域有大量的應用。

◆  通過SPR技術原位監測金屬有機框架的組裝：

金屬有機框架（MOFs）是結晶的超分子組裝，從精確定義的亞單元通過協調或共價鍵相互作用而建立起來。MOFs通常是高孔隙的，并且他們提供了一系列廣泛的應用，在這些應用中客體分子是需要被吸收的。應用包括燃料儲存，催化反應，藥物遞送和氣體感應。最近一種通過層-層組裝的方法構造這種材料已經被引入，這種方法在MOF結構上可以更好地進行控制。

◆  MP-SPR技術對單層石墨烯和氧化石墨烯薄膜的沉積和表征：

單層石墨烯是第一種真正的二維材料并已經顯示出許多杰出的材料性質，比如高的電和熱的傳導性和高的抗張強度。石墨烯可以作為n和p的導體以及這種半導體的性質已經引起了一些猜測，比如在將來的電子學領域取代硅。由于單層石墨烯層的電性質和透明性，再加上良好的耐化學性，石墨烯的最有趣的一個應用是使用它在光電子領域，比如：太陽能電池和發光二極管來代替銦氧化錫或氟錫氧化物。

◆  通過SPR和QCM的聯用來測定在不同表面自吸附的高分子層的結合水含量

表面等離子體共振SPR是一種光學方法，用于測定傳感器表面附近折射率極其微小的變化。折射率與傳感器表面的質量是成比例的，所以SPR角的改變可以直接與質量的改變相關聯。在水介質中，分子的水合作用不會促成SPR信號的改變，因為在水作為介質和水作為水合分子的一部分兩者之間，不會有折射率的差異。因此，就可以應用SPR技術測量不含結合水的分子質量，俗稱“干質量”。石英晶體微天平QCM方法通過石英晶體振蕩頻率的改變來測量機械地連接到傳感器表面的質量。通過QCM儀器測量的機械的質量也包含了材料中的結合水。

◆  應用MP-SPR技術測量金納米粒子的自組裝

將金納米粒子固定在單層膜上，而單層膜是自組裝在金芯片表面。單層膜鏈端的功能基團促進了金納米粒子在其表面的固定。多參數表面等離子共振技術（MP-SPR）實現了對金納米粒子與表面層組合的實時測量。

◆  應用MP-SPR技術監測聚合物的坍塌和擴展

多參數表面等離子共振（MP-SPR）技術用于追蹤由PH值和電勢改變造成的聚丙烯酸（PAA）聚合物刷子的溶脹和坍塌。在酸性環境下，PAA刷子的坍塌導致了聚合物厚度的變小。同樣在酸性環境中，由于導電聚合物氧化，電勢的改變看起來導致了PAA刷子構象的坍塌。

◆  應用MP-SPR技術表征原子層沉積的金屬薄膜和納米薄片

應用MP-SPR技術可以有效地表征金屬薄膜層和納米薄片層（Pt-Al2O3- Pt-Al2O3）的厚度和光學性質。

◆  使用MP-SPR測定金屬和類金屬超薄膜的厚度和折射率

MP-SPR可用于高精確地測量金屬和其他高吸光性薄膜。這些可用于，比如發展新材料、工藝或質量控制

◆  使用MP-SPR測定介電薄膜的厚度和折射率

怎樣使用SPR Navi系列儀器用于有效光學特性描述以用于測定超薄膜的厚度和光學性質