生物大分子相互作用分析仪是一种高精度的实验设备，用于实时研究蛋白质、核酸、多糖等生物大分子之间的相互作用，以及它们与小分子配体的结合行为。通过分析结合动力学、亲和力和热力学参数，该仪器在药物研发、生命科学研究和免疫学等领域发挥重要作用。

仪器的工作原理

生物大分子相互作用分析仪基于以下技术原理：

1. 表面等离子共振（SPR）：

• 利用光在金属表面的等离子共振现象，检测分子结合引起的光学信号变化，实时测量结合和解离过程。

2. 生物层干涉（BLI）：

• 通过光干涉技术，监测分子结合时传感器表面反射光强的变化，适用于高通量实验。

3. 微量热泳分析（MST）：

• 利用结合过程中分子的热泳性变化，检测分子间的结合常数，灵敏度高。

4. 等温滴定量热法（ITC）：

• 测量分子结合反应中的热量变化，直接获取热力学参数。

功能特点

1. 动力学分析

• 实时监测：记录分子结合和解离速率。

• 参数计算：获得结合速率常数（kon）、解离速率常数（koff）及平衡常数（Kd）。

2. 亲和力测定

• 结合强度评估：计算亲和力常数（Kd），评估分子间的结合强度。

3. 结合位点研究

• 竞争实验：确定分子的结合部位和结合机制。

4. 热力学分析

• 提供热量变化（ΔH）、熵变化（ΔS）等信息，揭示结合机制。

5. 样品浓度测定

• 定量分析生物大分子或小分子的浓度。

仪器的应用领域

1. 药物研发

• 筛选小分子药物对靶标蛋白的结合能力。

• 优化候选药物，提高结合亲和力。

• 分析药物的选择性和特异性。

2. 蛋白质研究

• 探究蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸之间的相互作用。

• 分析蛋白质结构变化对结合能力的影响。

3. 免疫学

• 测定抗原-抗体的结合动力学和亲和力。

• 研究抗体表位，优化抗体设计。

4. 分子生物学

• 分析核酸与蛋白质、药物等分子的结合行为。

• 研究分子信号传递中的相互作用。

5. 材料科学与纳米技术

• 研究纳米材料与生物分子的结合性能。

• 开发功能性生物材料。

常见型号和品牌

国际品牌

1. Cytiva（GE Healthcare）

• 产品：Biacore 系列。

• 技术：基于SPR。

• 特点：灵敏度高，适合动力学和亲和力分析。

2. ForteBio（Sartorius）

• 产品：Octet 系列。

• 技术：基于BLI。

• 特点：高通量筛选，适合抗体研究。

3. NanoTemper Technologies

• 产品：Monolith 系列。

• 技术：基于MST。

• 特点：适用于低浓度和复杂样品。

4. Malvern Panalytical

• 产品：MicroCal 系列。

• 技术：基于ITC。

• 特点：提供完整的热力学参数。

国产品牌

1. 禾元生物

• 产品：Hybri 系列。

• 技术：SPR与BLI技术结合。

• 特点：高性价比，支持多样本检测。

2. 优尼康生物

• 产品：UNIC 系列。

• 技术：SPR。

• 特点：灵活、可靠，适合实验室研究。

操作步骤

1. 样品准备

1. 配体（固定分子）：

• 高纯度样品（>90%），如蛋白质或核酸。

• 稀释于适当的缓冲液（如PBS）。

2. 分析物（待测分子）：

• 梯度稀释样品（如0.01-100 µM），保证浓度范围覆盖结合强度。

2. 芯片选择与预处理

• 根据实验选择合适芯片（如羧基修饰芯片）。

• 用缓冲液清洗芯片表面，减少非特异性吸附。

3. 样品固定

1. 固定配体：

• 化学交联（如EDC/NHS）或物理吸附将配体固定到芯片表面。

2. 验证固定效果：

• 检测结合信号是否稳定。

4. 样品加载

1. 启动检测程序，依次注入分析物溶液。

2. 监测结合和解离曲线，记录实时信号变化。

5. 芯片再生

• 使用再生液清洗芯片，去除结合分子，确保下一步实验无干扰。

6. 数据采集与分析

1. 导出结合曲线数据。

2. 使用专用软件计算结合动力学和亲和力参数。

数据分析

1. 动力学分析

• 使用曲线拟合方法计算结合速率常数（kon）、解离速率常数（koff）。

• 公式：Kd=koffkonK_d = \frac{k_{off}}{k_{on}}Kd=konkoff

2. 亲和力分析

• 通过Langmuir模型拟合平衡常数（Kd）。

• 公式：R=Rmax⋅CKd+CR = \frac{R_{max} \cdot C}{K_d + C}R=Kd+CRmax⋅C

3. 热力学参数

• 利用ITC实验数据计算自由能（ΔG）、焓变（ΔH）和熵变（ΔS）。

注意事项

1. 样品纯度：

• 确保样品无杂质，避免信号干扰。

2. 芯片选择：

• 根据目标分子选择适合的芯片类型和固定方法。

3. 缓冲液匹配：

• 使用与实验一致的缓冲液，减少非特异性结合。

4. 仪器维护：

• 定期清洗液路，防止堵塞。

• 按仪器说明书更换耗材。

优势与局限性

优势

• 实时监测结合过程。

• 非标记检测，保持分子活性。

• 灵敏度高，适用范围广。

局限性

• 对样品纯度要求高。

• 设备和耗材成本较高。

• 某些复杂体系可能难以准确分析。

总结

生物大分子相互作用分析仪是研究分子间相互作用的核心工具，能够提供动力学、亲和力和热力学数据支持。在药物开发、蛋白质研究、免疫学等领域具有重要应用价值。正确选择仪器、优化实验条件和严格执行操作规程，将显著提高实验数据的准确性和可靠性。