Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Настоящее исследование направлено на выяснение принципа и методологии технологии поверхностного плазмонного резонанса (SPR), которая находит универсальное применение во многих областях. В этой статье описывается технология SPR, ее простота в эксплуатации и замечательная эффективность, с целью повышения осведомленности и принятия этой технологии среди читателей.
Технология поверхностного плазмонного резонанса (SPR) — это чувствительный точный метод обнаружения вирусов, патогенных молекулярных белков и рецепторов, определения групп крови и обнаружения фальсификации пищевых продуктов, а также других биомолекулярных обнаружений. Эта технология позволяет быстро идентифицировать потенциальное связывание между биомолекулами, способствуя быстрому и удобному для пользователя, неинвазивному скринингу различных показателей без необходимости мечения. Кроме того, технология SPR облегчает обнаружение в режиме реального времени для высокопроизводительного скрининга наркотиков. В данной программе кратко представлена область применения и основные принципы технологии SPR. Процесс работы подробно описан, начиная с калибровки прибора и базовой работы системы, за которым следует захват лиганда и многоцикловый анализ анализируемого вещества. Были разработаны кривая в реальном времени и экспериментальные результаты связывания кверцетина и каликозина с белком KCNJ2. В целом, технология SPR обеспечивает высокоспецифичный, простой, чувствительный и быстрый метод скрининга лекарственных средств, обнаружения соответствующей фармакокинетики в режиме реального времени, обнаружения вирусов, а также идентификации окружающей среды и безопасности пищевых продуктов.
Технология поверхностного плазмонного резонанса (SPR) — это метод оптического детектирования, который устраняет необходимость в мечении анализируемого вещества. Он позволяет в режиме реального времени осуществлять динамический мониторинг количественного сродства, кинетики и термодинамики связывания. Эта высокая пропускная способность отличается высокой чувствительностью и воспроизводимостью, что позволяет измерять различные скорости открытия, выключения и сродства. Кроме того, небольшое необходимое количество образца еще больше повышает полезность данного метода 1,2. Метод быстрого детектирования биомолекул3, который отслеживает аффинное связывание между биомолекулами, стал важной областью исследований.
Технология SPR имеет различные применения в области исследований и разработок лекарственных препаратов4. Одно из его применений заключается в обнаружении структурной основы конкретных мишеней для лекарств. Он также может быть использован для идентификации активных ингредиентов китайских трав, которые обладают значительной фармакологической активностью, и изучения их механизмов для скрининга и верификации лекарств. Gassner et al. установили линейную кривую «доза-реакция» для биспецифических антител с помощью определения SPR, что позволяет проводить анализ концентрации и контроль качества. Кроме того, SPR может быть использован для проведения клинических иммуногенных тестов в фармакопее и разработки вакцин6.
Одной из областей, где он может быть использован, является обнаружение остатков пестицидов, остатков ветеринарных препаратов, незаконных добавок, патогенных бактерий и тяжелых металлов 7,8,9,10 в сельскохозяйственной продукции и тестировании безопасности пищевых продуктов. Использование технологии SPR позволяет повысить точность и эффективность этих испытаний.
Еще одна область, в которой технология SPR может быть применена, — это быстрое обнаружение токсинов и антибиотиков. Эта технология позволяет прикреплять вирусные антитела, низкомолекулярные соединения и аптамеры к биосенсорному чипу SPR. Затем биосенсорный чип SPR обнаруживает различные концентрации вирусной РНК в качестве аналита11. Этот метод успешно используется для быстрого обнаружения таких вирусов, как вирус птичьего гриппа H5N1, вирус птичьего гриппа H7N9 и новый коронавирус 12,13,14. В дополнение к этим приложениям, технология SPR также полезна в протеомике, скрининге лекарств, обнаружении соответствующей фармакокинетики в режиме реального времени, а также в изучении вирусных и патогенных белков и рецепторов 15,16,17,18. Он особенно подходит для научных исследований и учебных экспериментов в университетах и научно-исследовательских институтах и является ценным инструментом в различных научных и исследовательских условиях.
Принцип SPR заключается в коллективном колебательном движении свободных электронов на границе раздела между металлической пленкой и диэлектриком, вызванном падающими световыми волнами19. По существу, это резонанс между затухающей волной и плазменной волной на металлической поверхности20. Когда свет переходит из фотоплотной среды в фотофобную, при определенных условиях происходит полное отражение. С точки зрения волновой оптики, когда падающий свет достигает границы раздела, он не генерирует сразу отраженный свет. Вместо этого он сначала проходит через оптически фобную среду на глубине примерно одной длины волны. Затем он течет вдоль границы раздела примерно на половину длины волны, прежде чем вернуться в оптически плотную среду. Эта волна, проходящая через оптически фобную среду, называется волной уклонения, до тех пор, пока общая энергия света остается постоянной. Поскольку металл содержит газ свободные электроны, его можно рассматривать как плазму. Падающий свет возбуждает продольную вибрацию электронного газа, что приводит к генерации волны плотности заряда вдоль границы раздела металл-диэлектрик, известной как поверхностная плазменная волна. Этот резонанс распространяется в виде экспоненциального затухания в обеих средах. Следовательно, энергия отраженного света значительно снижается. Соответствующий угол падения, при котором отраженный свет полностью исчезает, известен как угол резонанса21. SPR обладает высокой чувствительностью к показателю преломления среды, прилипшей к поверхности металлической пленки20. Угол SPR изменяется в зависимости от показателя преломления поверхности металлической пленки, при этом изменение показателя преломления в первую очередь пропорционально молекулярной массе поверхности металлической пленки22. Любые изменения свойств поверхностной среды или величины адгезии приведут к различным углам резонанса. Таким образом, молекулярное взаимодействие может быть проанализировано путем изучения изменений угла резонанса.
Этот неразрушающий, не содержащий меток оптический анализ SPR в реальном времени, основанный на вышеуказанных принципах, подходит для исследований в различных областях. Поэтому мы продемонстрировали угловое смещение кривой SPR и экспериментальные результаты с помощью многоциклового анализа, взяв в качестве примера комбинацию кверцетина и каликозина с рекомбинантным белком KCNJ2.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Примечание: Полная кривая экспериментального зондирования показывает, что экспериментальный процесс можно разделить на восемь различных стадий.
1. Подготовка проб и буфера
2. Калибровка прибора
3. Основные принципы работы системы
4. Захват лиганда
5. Метод многоциклового аналита
6. Регенерация
7. Анализ данных
8. Обслуживание системы
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Чтобы определить, закреплен ли белок на поверхности чипа, используется ордината (сигнал отклика) карты датчика SPR (рис. 1), при этом получается угловое смещение кривой SPR. На рисунках 2 и 3 показана кривая SPR взаимодействия м...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Цикл анализа SPR делится на четыре этапа. Первый этап, базовый, включает в себя инжекцию буфера. Далее следует второй этап – захват лигандов. Сенсорный чип COOH активируется с помощью EDC/NHS (1:1) при расходе 20 μл/мин. Затем чип деактивируют с помощью 1 М этаноламина гидрохлорид...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана Крупным научно-исследовательским проектом провинции Сычуань (2022YFS043), Ключевой программой исследований и разработок Нинся (2023BEG02012) и Проектом содействия научным исследованиям Синлинь Университета Чэнду TCM (XKTD2022013).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) | Nan Jing Reagent,Nanjing,China | C08296594 | |
Anhydrous ethanol | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | 459836 | |
BIAnormalizing solution | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | 49781 | |
Blocking solution | Bosheng Biotechnology Co.,Ltd., Shanghai, China | 110050 | |
Bromoacetic acid | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | 17000 | |
Calycosin | Push Bio-technology Co., Ltd., Chengdu, China | PU0124-0025 | |
Dextran | Canspec Scientific Instruments Co., Ltd.,Shanghai, China | PM10036 | |
Epichlorohydrin | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | 492515 | |
Ethanolamine hydrochloride | Yuanye Biotech Co., Ltd., Shanghai, China | S44235 | |
Glycine-HCl | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | G2879 | |
H2O2 | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | 3587191 | |
H2SO4 | Nantong high-tech Industrial Development Zone,China | 2020001150C | |
HEPES | Xiya Reagent Co., Ltd., Shandong, China | S3872 | |
KCNJ2 (Human) Recombinant Protein | Abnova,West Meijie Technology Co., Ltd., Beijing, China | H00003759-Q01 | |
MUOH | Jizhi Biochemical Technology Co., Ltd., Shanghai, China | M40590 | |
NaOH | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | SX0603 | |
N-Hydroxysuccinimide(NHS) | Yuanye Biotech Co., Ltd., Shanghai, China | S13005 | |
OpenSPRTM | Nicoya | ||
Quercetin | Push Bio-technology Co., Ltd., Chengdu, China | PU0041-0025 | |
Sensor Chip COOH | Nicoya | ||
Sodium Acetate | Merck Chemical Technologies Ltd., Shanghai, China | 229873 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены