大分子作用仪简介

大分子作用仪是一种用于研究分子间相互作用的精密分析仪器，广泛应用于生命科学、药物研发、分子生物学等领域。通过实时监测蛋白质、核酸、糖类等大分子与其配体（小分子、其他大分子）的结合情况，大分子作用仪能够提供关键的动力学、亲和力和结合位点信息。

工作原理

大分子作用仪主要基于以下技术原理：

1. 表面等离子共振（SPR）：

• 利用光在金属表面发生共振的特性，监测分子结合时导致的光学信号变化。

• 通过实时记录结合与解离过程，分析分子间的相互作用动力学和亲和力。

2. 微量热泳分析（MST）：

• 通过监测分子结合时热量释放或吸收的变化，推算结合常数和结合动力学参数。

3. 生物层干涉（BLI）：

• 基于光在生物敏感层上的干涉效应，记录结合过程中薄膜厚度的变化。

4. 等温滴定量热法（ITC）：

• 测量分子结合时的热量变化，提供结合反应的热力学参数（如ΔH、ΔS）。

功能与特点

主要功能

1. 动力学分析：

• 实时测量结合和解离速率常数（kon 和 koff）。

2. 亲和力测定：

• 精确计算分子间的结合常数（Kd）。

3. 结合位点研究：

• 通过竞争实验确定配体的结合位点。

4. 特异性与多样性：

• 比较不同分子间结合的特异性。

5. 浓度测定：

• 定量分析目标分子的浓度。

6. 结构与功能研究：

• 评估蛋白质、核酸等分子在不同条件下的结构稳定性。

特点

• 高灵敏度：

• 适用于低浓度样品和微弱的分子间相互作用。

• 实时检测：

• 动态监测分子结合过程，无需标记分子。

• 样品兼容性广：

• 适用于蛋白质、核酸、小分子、细胞等多种类型样品。

• 非破坏性：

• 保持分子活性，无需复杂的样品处理。

应用领域

1. 药物研发

• 药物筛选：

• 快速筛选小分子化合物与靶标蛋白的结合能力。

• 药物-靶标研究：

• 分析候选药物与靶标的结合动力学和亲和力。

• 结构优化：

• 通过结合位点分析优化候选药物结构。

2. 蛋白质研究

• 蛋白质相互作用：

• 研究蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸间的相互作用。

• 结构与功能：

• 分析蛋白质结构稳定性与其功能的关系。

3. 分子生物学

• 分子结合动力学：

• 研究蛋白质与核酸、糖类、脂质等生物分子间的结合。

• 突变效应研究：

• 探讨基因突变对蛋白质结合能力的影响。

4. 免疫学

• 抗原-抗体结合：

• 精确测定抗体亲和力，为疫苗开发提供数据支持。

• 表位研究：

• 分析抗体与抗原的结合位点。

5. 纳米技术与材料科学

• 分子设计：

• 研究纳米材料表面修饰的分子识别能力。

• 功能性材料开发：

• 分析材料表面与目标分子的结合特性。

主要型号与品牌

国际品牌

1. GE Healthcare (Cytiva)：

• 产品：Biacore 系列。

• 特点：基于 SPR 技术，高灵敏度，适合蛋白质与小分子结合研究。

2. ForteBio (Sartorius)：

• 产品：Octet 系列。

• 特点：基于 BLI 技术，适合高通量分析。

3. NanoTemper Technologies：

• 产品：Monolith 系列。

• 特点：基于 MST 技术，适合微量样品分析。

4. Malvern Panalytical：

• 产品：MicroCal 系列。

• 特点：基于 ITC 技术，提供热力学参数。

国产品牌

1. 科思创仪器：

• 产品：KS系列。

• 特点：高性价比，适合高校科研和中小型实验室。

2. 禾元生物：

• 产品：Hybri系列。

• 特点：创新技术，支持多种样品类型。

3. 优尼康生物：

• 产品：UNIC 系列。

• 特点：专注抗原-抗体相互作用研究。

使用方法

1. 准备工作

1. 检查设备状态，确保光路和流体系统正常。

2. 配置缓冲液，根据样品性质调整 pH 和离子强度。

3. 准备样品，确保样品纯度和浓度满足实验要求。

2. 样品装载

1. 将配体固定在传感器表面（SPR 和 BLI 方法）。

2. 加载待测样品溶液。

3. 启动实验程序，设定温度、流速和测试时间。

3. 数据采集

1. 实时监测结合曲线，记录结合和解离过程。

2. 导出数据，用软件分析动力学和亲和力参数。

4. 实验结束与清洗

1. 用适当的洗脱液清洗传感器表面，去除残留分子。

2. 检查仪器状态，清空废液瓶。

注意事项

1. 样品准备

• 确保样品纯度高，避免杂质影响信号质量。

• 调整缓冲液条件，减少非特异性结合。

2. 仪器校准

• 定期校准光路和流体系统，确保结果准确。

• 按仪器说明书更换耗材（如传感器芯片）。

3. 实验条件优化

• 控制温度和流速，防止样品降解或信号过低。

• 根据实验目的调整样品浓度梯度。

4. 数据分析

• 确保数据符合模型假设，避免过度拟合。

• 比较多组实验结果以确认数据可靠性。

优势与局限性

优势

• 实时性：能够动态记录分子结合过程。

• 高灵敏度：适用于微弱分子间相互作用的检测。

• 多样性：兼容多种样品类型，适用于广泛研究。

局限性

• 对样品纯度要求较高。

• 一些技术对仪器耗材依赖性强，实验成本较高。

• 对低亲和力的分子结合检测可能存在灵敏度限制。

总结

大分子作用仪是分子间相互作用研究的关键工具，其基于 SPR、BLI、MST 和 ITC 等核心技术，能够为药物开发、生物分子功能研究提供重要的数据支持。正确操作和维护仪器，并优化实验条件，可显著提升实验效率和数据质量。