表面等离子体共振技术在蛋白质-蛋白质相互作用研究中的应用

表面等离子共振(SPR)近年来迅速发展为用于分析生物分子相互作用的一项技术.该技术无需标记、特异性强、灵敏度高、样品用量小,可实现在线连续实时检测.目前SPR已被广泛应用于免疫学、蛋白质组学、药物筛选、细胞信号转导、受体/配体垂钓等领域.该文阐述了基于表面等离子体共振技术生物传感器的基本原理和技术流程,综述了SPR在蛋白质-蛋白质相互作用动力学研究、蛋白质结构及功能研究、蛋白质突变和碎片分析、信号转导中的应用以及SPR在蛋白质-蛋白质相互作用研究中的多项关键技术.指出SPR通过与光谱、电化学等多技术联用后,可以获得更加详实的信息.     

蛋白质与高分子的自组装

蛋白质是一类具有独特三维空间结构的生物高分子,其分子内部非共价键协同作用是形成三维空间结构的重要驱动力。同时,蛋白质分子与其他高分子之间也可以通过非共价键作用实现自组装。高分子链和蛋白质的结构特征是实现自组装的关键,溶液pH值、离子强度以及温度的变化会影响它们之间非共价键作用的类型和强度。本文归纳了水溶性高分子、嵌段共聚物和多糖与球状蛋白自组装的最新研究进展,分别从分子结构特征和溶液性质等因素讨论了其对高分子与蛋白质实现自组装的影响。其中,多糖与蛋白质的非共价键作用是化学与生物科学交叉领域最为活跃的研究课题之一,通过研究蛋白质与其他高分子的非共价键作用,对于理解和认识生命过程的本质与规律具有重要的意义,同时,在材料科学、纳米技术、食品科学等相关领域具有重要的应用价值。     

表面等离子体共振传感技术在高分子研究中的应用

介绍了表面等离子体共振 (SPR)的基本原理和SPR传感器技术的应用现状 ,综述了SPR传感器在高分子科学研究中的应用和发展前景。     

自组装表面等离子体子共振传感器用于测定抗生素-蛋白结合率的研究

自行设计组装了一套以白色发光二极管为光源的新型表面等离子体子共振传感器, 并采用此传感器通过测量动力学参数测定了8种抗生素与固定在金膜上的牛血清白蛋白之间的结合率, 将所得数据与常用的平衡透析法进行了比较, 两者具有良好的可比性和线性相关性, 说明采用此法也可测定抗生素与蛋白的结合率. 该方法具有测定周期短、 样品用量少、 操作简便、 预测效果良好以及仪器易于小型化甚至微型化等优点.     

基于自组装多层膜的葡萄糖表面等离子体共振传感器

利用伴刀豆球蛋白A和糖类的特异性相互作用, 研制了葡萄糖表面等离子体共振传感器. 传感器的敏感膜是构建于金膜表面的伴刀豆球蛋白A/葡聚糖自组装多层膜. 在葡萄糖的存在下, 该自组装多层膜被分解, 引起表面等离子体共振信号的显著变化, 信号变化的大小与葡萄糖的浓度相关. 结果表明, 利用该传感器可以选择性地检测0.1～50 mmol•L^－1浓度范围内的葡萄糖, 且敏感膜可以多次再生使用.     

静电组装金纳米粒子制备局域表面等离子体共振传感膜

采用聚电解质自组装技术制备局域表面等离子体共振(LSPR)传感膜的方法, 在玻璃基片上依次沉积聚电解质PDDA, PSS和PVTC, 并通过静电吸附构建胶体金纳米粒子自组装膜形成LSPR传感膜. 利用扫描电镜对LSPR传感膜表面形貌以及膜中金纳米粒子的粒径进行了表征, 同时通过紫外-可见消光光谱对其灵敏度和渗透深度等重要参数进行检测. 研究结果表明, 所制备的LSPR传感膜粒子分布均匀、单分散性好、稳定性高、重现性好; 消光峰位对样品溶液折射率的检测灵敏度为71 nm/RIU, 相应的峰强检测灵敏度为0.21 AU/RIU, 对表面吸附层的渗透深度约为16 nm.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容. 本文利用时域有限差分（FDTD）方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振（SPR）特性. 研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合. 金纳米棒二聚体的光吸收结果表明：对于肩并肩（S-S）的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR（SPR_T）峰有较小的红移,而纵向SPR（SPR_L）峰显著蓝移. 对于端对端（E-E）的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPR_T峰无明显移动,而SPR_L峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容.本文利用时域有限差分(FDTD)方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振(SPR)特性.研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合.金纳米棒二聚体的光吸收结果表明:对于肩并肩(S-S)的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR(SPRT)峰有较小的红移,而纵向SPR(SPRL)峰显著蓝移.对于端对端(E-E)的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPRT峰无明显移动,而SPRL峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

γ-干扰素DNA传感器组装过程的表面等离子体子共振研究

自行设计并组装了一套简便实用的多波长表面等离子体子共振DNA传感装置,用于γ-干扰素DNA的检测。以人工合成γ-干扰素(interferongamma,IFN-γ)寡聚核苷酸片段作为DNA探针,用化学法标记生物素探针,利用生物素-亲和素系统相互作用在传感器表面固定DNA探针,使用该SPR传感装置实时监测了DNA探针的固定过程及DNA杂交反应的进行。用于IFN-γ寡聚核苷酸的检测,测定范围为50-400ng/mL;用于IFN-γ的聚合酶链反应(polymerasechainreaction,PCR)扩增产物的检测,其测定范围为5-40ng/mL。同时研究了DNA传感器的稳定性、可逆性及干扰情况。实验结果表明,该传感器可成功地用于检测目的DNA。     

纳米金表面等离子体共振吸收光谱法测定头孢氨苄

建立了一种检测头孢氨苄含量的表面等离子体共振(SPR)吸收光谱法。在碱性介质中,头孢氨苄降解产物为巯基化合物,巯基化合物与氯金酸发生反应生成纳米金微粒,纳米金微粒体系在550 nm处产生一个SPR吸收峰,体系的SPR吸收峰峰值与头孢氨苄的质量浓度有良好的线性关系。方法的线性范围为2.00~28.0μg/m L,线性回归方程为△A=-0.0131+0.0089ρ(μg/m L),相关系数为0.9973,检出限为1.2μg/m L。方法用于测定头孢氨苄胶囊含量时,测定结果的RSD为2.1%,回收率在92.0%~106.9%之间。     

金表面自组装化学发光免疫传感器

用Ｎ－乙酰半胱氨酸金表面自组装技术及ＥＤＣ、ＮＨＳ偶联剂将兔ＩｇＧ固定于金表面制成免疫传感器探头，用碱性磷酸酯酶标记山羊抗兔ＩｇＧ加入待测的含有山羊抗兔ＩｇＧ的样品中，采用竞争头测定山羊抗兔ＩｇＧ含量，标记的碱性磷酸酯酶可催化底物ＡＭＰＰＤ产生化学发光，其发光强度与样品浓度成反比。测得山羊抗兔ＩｇＧ的最低检出限为０．８ｍｇ／Ｌ，线性测定范围为０．８－４０ｍｇ／Ｌ。     

高分子修饰金纳米粒子的自组装研究进展

近年来,高分子修饰金纳米粒子的自组装行为逐渐成为新的研究热点.当金纳米粒子修饰上高分子后,在维持其自身光电特性的同时展现出了与高分子类似的自组装行为,从而能够在适当的条件下形成结构明确的零维、一维、二维和三维自组装结构.这些自组装结构的出现不仅促进了金纳米粒子组装的基础研究,并且极大地丰富了金纳米粒子的应用潜力,为金/高分子纳米复合材料的发展开拓了新的方向.本文总结了金/高分子纳米复合粒子形成的不同维度组装体,着重讨论了金纳米粒子自组装构筑单元的设计、组装方法以及组装体的性质,分类讨论了相应的自组装材料在环境和生物医药中的应用,并展望了相关研究在未来发展的机遇与挑战.     

表面等离子体子共振技术实时研究蛋白质在修饰表面的静电吸附行为

研究蛋白质在固相表面的静电吸附特性,进而控制蛋白质在修饰表面的静电吸附尤为重要,表面等离子体子共振可以检测金属表面吸附物质厚度和折射率的变化^[1]。这种技术已在研究生物分子相互作用^[2]和考察自组装单层的形成^[3]及蛋白质在固体表面吸附行为^[9-11]等方面得到广泛的应用。对蛋白质在固体表面吸附行为的研究多为考察不同的蛋白质在不同的修饰表面的吸附行为。然而,对蛋白质在修饰表面静电吸附的本质影响因素的研究却少有报道^[4]。本文使用表面等离子体子共振技术实时研究了蛋白质在甲羧基化葡聚糖修饰表面的静电吸附与溶液pH值及离子强度的依赖关系。     

表面等离子体共振免疫传感器在蛋白质检测中的应用及其研究进展

表面等离子体共振(SPR)技术是20世纪90年代发展起来的一种新型技术,应用SPR原理可检测生物传感芯片上配位体与分析物之间的相互作用情况,在生命科学、医疗检测、药物筛选、食品检测及环境监测等领域具有广泛的应用需求.SPR技术可与免疫传感器结合,利用抗原抗体的特异性反应可用于各种蛋白质抗原的检测.本文重点总结了SPR免疫传感器在食品及医疗领域蛋白质检测的应用,综述了近年来SPR免疫传感技术在这该领域的研究热点及进展.     

纳米多孔金薄膜的表面等离子体共振传感特性

对淀积在玻璃衬底上厚度约60 nm的金银合金溅射薄膜进行硝酸腐蚀脱银处理, 得到纳米多孔金薄膜. 利用自建的波长检测型表面等离子体共振(SPR)传感装置研究了腐蚀时间对纳米多孔金薄膜SPR特性的影响, 结果发现纳米多孔金薄膜与水溶液接触后在400-900 nm光谱范围内不具有SPR效应, 而当薄膜置于空气中时会产生明显的传播等离子体共振吸收峰, 其共振波长随腐蚀时间增加逐渐红移. 纳米多孔金薄膜在空气气氛中的SPR效应使其能够用于原位监测气相分子在孔内的吸附, 还可对在液相中吸附的生化分子进行离位测试. 本文对L-谷胱甘肽、L-半胱氨酸、2-氨基乙硫醇三种含巯基的生化小分子在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了离位分析, 结果表明与传统的致密金薄膜SPR芯片比较, 纳米多孔金薄膜对这些分子显示出更高的灵敏度和更低的检测下限, 这归功于多孔金的大比表面积使其能够吸附大量的生化小分子. 实验还对乙醇蒸气在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了原位监测, 发现吸附平衡所用时间较长, 约为160 min.     

表面等离子体共振-质谱联用技术研究进展

目前,表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)与质谱法(Mass Spectrometry,MS)联用主要使用基质辅助激光解吸离子化(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization,MALDI)和电喷雾离子化(Electrospray Ionization,ESI)来实现样品的离子化,近期也出现了利用敞开式离子化、传感芯片直接电喷雾离子化等方法实现SPR-MS联用的报道。本文将从以上几个方面出发,以联用接口方法为核心,总结概述SPR-MS联用的研究进展。     

基于活性金电极上硫代水杨酸自组装单分子层的电化学表面增强拉曼光谱

采用原位电化学表面增强拉曼光谱(EC-SERS)研究了硫代水杨酸(TSA)吸附在活性Au电极表面的自组装单分子层(SAMs).TSA在活性Au表面的化学吸附及不同酸碱度下的TSA浸饰单层膜的SERS光谱,表明随pH值的增加,峰强呈现2个不同的下降阶段.通过EC-SERS考察不同电富集时间和电位的影响,显示在酸性介质和0.7 V及70 s富集时间下,可以获得最大EC-SERS信号,并随着电位负移,信号逐渐减弱,直至基本消失,表明TSA分子在Au表面排布状态会随外加条件的改变而发生变化.通过计算TSA在不同pH值下的分布分数以及探针分子在不同电位下的增强因子(EF),结合SERS和EC-SERS的变化走势对比,得出TSA在活性Au表面自组装形成单分子层/膜的机理,指出由于TSA不同的电化学吸附取向,以及高负电位下的还原/脱附作用,使得Au表面拉曼活性降低,造成EF显著减小,不可逆地失去了SERS的活性.     

可移除保护膜抑制蛋白质非特异性吸附的表面等离子体共振研究

非特异性吸附的存在是研究蛋白质-蛋白质相互作用时遇到的最大困难之一.非特异性吸附在多数情况下难以完全消除,其带来的信号叠加在分子间特异性结合的信号上,严重干扰正常的分析.因此必须尽量消除.     

纳米金表面二元自组装及其电泳表征

用DNA饱和包被纳米金,再用巯基己醇(MCH)和4-巯基苯甲酸(MBA)取代纳米金表面的DNA,在纳米金表面形成二元单分子层;用MBA饱和包被纳米金,用DNA取代纳米金表面的MBA,在纳米金表面形成二元单分子层;用凝胶电泳对二元单分子层的自组装过程进行表征。实验结果表明,含有MBA的二元单分子层能使纳米金稳定的分散于水溶液,而含MCH的二元单分子层中,MCH量过大时易使纳米金发生凝聚;在纳米金表面DNA取代MBA比MBA取代DNA更容易。     

配体交换调控纳米金表面寡核苷酸自组装

以4-巯基苯甲酸(MBA)为调控分子,对照巯基己醇(MCH),基于配体交换法对纳米金(10 nm)表面的寡核苷酸(DNA)自组装进行调控,并用凝胶电泳进行表征.结果表明,在纳米金表面,MCH能完全取代DNA.当MCH与纳米金的摩尔比达到2400:1后,纳米金发生凝聚,MBA不能完全取代DNA;MBA和DNA的二元组装层能使纳米金在水溶液中稳定分散.另外用DNA取代MBA的反应比用MBA取代DNA的反应更容易进行.