微量熱泳動儀原理是什么

微量熱泳動技術 Microscale Thermophoresisi通過測量微觀溫度梯度場中的分子移動來分析生物分子間的相互作用。該技術能夠測量出分子大小、電荷以及水化層變化引起的移動速度的改變,具有極高的靈敏度。

微量熱泳動儀-microscale thermophoresis (MST)是由總部設在慕尼黑的德國高科技公司NanoTemper技術有限公司發明的設備。2010年底的一篇Nautre的文章《Protein-binding assays in biological liquids using microscale thermophoresis》最先報道了NanoTemper公司創始人Dr. Stefan和 Dr. Philipp使用MST測量生物溶液中蛋白-蛋白之間的相互作用，引起了很多科研人員的極大興趣。

微量熱泳動（microscale thermophoresis,MST）是一種分析生物分子相互作用的技術。這項技術基于生物分子的熱泳動， nanotemper微量熱泳動儀使用紅外激光進行局部加熱導致分子定向移動，繼而通過熒光分析溫度梯度場中的分子分布比。MST技術能夠檢測到由于結合而引起的生物分子的大小、電荷和水化層的變化。相互作用的過程可以在天然條件下，無需固定、任何生物溶液中完成測量。

MST在分析對象的大小范圍和檢測動力學范圍等參數上是目前最優的技術。此外，MST的適應性很強，適合不同的環境要求、不同的生物分子、不同的溶液環境（如膜蛋白等需要某些特殊溶液環境的樣品）、緩沖和添加劑的類型可以自由選擇（例如可以使用任何濃度DMSO等有機溶劑）、可以在復雜的生物溶液甚至細胞溶解液中完成而無需樣品純化。通過MST可以測量不同的結合模式，包括二聚化、協同作用和競爭作用。MST使用便宜的毛細吸管作為耗材，樣品用量少，避免了昂貴的樣品消耗和繁瑣的制備過程。相對于其他的已有的測量分子間相互作用的技術，MST大大降低所需的實驗成本。

熱泳動實驗 (左圖) 通過聚焦的紅外激光加熱毛細管之中的溶液，同時通過hot mirror來檢測熒光。 (右圖) 毛細管中的熒光可以通過光學二極管來成像，然后將加熱中心的標準化熒光對時間繪圖。紅外激光在5s的時間點打開，然后熒光由于溫度的增加而降低，熒光分子由于受到熱泳動的作用而移出加熱中心。

DNA適配子與凝血酶的結合。 （左圖）未結合的適配子的熱泳動運動與已同凝血酶結合的適配子的熱泳動不同。（右圖）所示為時間t=30秒時，在不同凝血酶濃度下，DNA適配子經標準化處理后的熒光信號，以形成用于Kd 擬合的結合曲線。陰性對照組中采用了單鏈DNA（ss DNA,圖中藍圈）。對照組中，未見標準化熒光信號隨凝血酶濃度增加變化。

主要特點
樣品處理方面：
☆ 不需要固定，在生物溶液中測量，無需純化
☆ 無需標記測量
☆ 使用熒光染料/熒光蛋白具有良好的選擇性
☆ 極低的樣品消耗量
☆ 直接在脂質體或者去污劑中研究膜蛋白
☆ 研快速簡單的實驗準備

測量數據方面：
☆ 10分鐘之內測量任何（生物）分子間親和力(KD, 解離常數)
☆ 測量sub-nM到mM 級的解離常數
☆ 可以選擇特定溫度下完成測量
☆ 研究各種不同大小的分子：離子、片段、核小體、脂質體
☆ 可以在各種不同的溶液環境中完成測量，包括研究膜蛋白所需的復雜的去污劑環境
☆ 廣泛的樣品兼容性：天然的環境中、生理學實驗條件、血清、細胞裂解液
☆ 可以研究多組分反應：三元復合物、裝配順序、干擾因素、協同作用、類似物
☆ 可以區分靶標上不同的結合位點
☆ 可以測量生物分子的寡聚化
☆ 研究化學計量學并確定生物分子結合位點的數目
☆ 研究結合能量學ΔG (自由能 )，ΔH (焓) 和ΔS (熵)
☆ 研究蛋白的折疊和穩定性

實驗操作方面：
☆ 非常簡單易操作
☆ 實時獲得數據
☆ 非常穩定的技術

維護費用方面：
☆ 非常低的運行成本
☆ 不需要日常的儀器維護
☆ 更快得到數據用于發表文章
☆ 儀器小型化設計，占用空間少