表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）
一、技术概述
表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种基于光学原理的非标记、实时动态检测技术，能够精准解析生物分子间的相互作用。自20世纪70年代理论框架建立以来，SPR技术已成为药物研发、基础科研和临床诊断领域的核心工具。其通过检测折射率微小变化（低至10⁻⁶ RIU）实时捕捉分子结合与解离过程，可测定亲和力（KD）、结合速率（ka）、解离速率（kd）等关键参数，灵敏度达1 pg/mm²，检测范围横跨10⁻³~10⁻¹² M，是分子互作分析的“金标准” 。
二、SPR技术原理
1. 物理基础：等离子体共振效应
当偏振光以特定角度（SPR角）入射至镀有金/银薄膜的传感芯片时，与金属表面自由电子振荡产生的表面等离子波发生共振，导致反射光强度急剧下降。当生物分子结合至芯片表面时，局部折射率变化引发共振角偏移，该偏移量通过光学系统实时记录并转化为共振单位（RU），与分子结合量呈正相关 。
2. 核心组件
- 光学系统：偏振光源、棱镜和光电检测器构成核心光学通路，精度可达0.001°角度分辨率。
- 传感芯片：金膜表面修饰羧甲基葡聚糖（CM5）或生物素-链霉亲和素体系，支持共价偶联或捕获式固定配体。
- 液体处理系统：微流控技术控制样品流速（通常5-100 μL/min），确保结合动力学精准测量 。
3. 实验流程
- 配体固定：将靶分子（如抗体、受体）通过氨基偶联或捕获法固定于芯片表面。
- 分析物结合：待测分子溶液流经芯片，实时监测结合响应曲线。
- 信号再生：使用低pH缓冲液或竞争性分子洗脱分析物，恢复芯片活性。
- 数据分析：通过Biacore T200等仪器软件拟合动力学模型，计算KD、ka、kd等参数 。
三、技术优势与创新突破
1. 实时动态监测
SPR无需终止反应即可连续记录结合-解离全过程。例如，荷兰格罗宁根大学利用SPR量化芳香族氨基酸π电子云对配体结合的影响，发现氟取代基每增加一个，蛋白-小分子亲和力下降70倍，为药物设计提供原子级精度指导 。
2. 无标记检测
避免荧光/放射性标记对分子活性的干扰。中科院植物所通过SPR直接观测水稻OsCRT3-OsCIPK7复合物在低温下的构象变化，揭示其通过结合速率提升10倍激活抗寒信号的新机制 。
3. 超高灵敏度
可检测飞摩尔级（fM）分子浓度。华中科技大学开发Nano RHB生物传感器，集成分支状金纳米结构，将腺病毒检测灵敏度提升至100 copies/mL，较传统方法快5倍 。
4. 多场景适用性
- 药物研发：分析抗体-Fc受体亲和力差异（如FcγRI KD=10⁻⁹ M vs FcγRIIα KD=10⁻⁶ M），优化ADCC/ADCP效应 。
- 食品安全：直接检测食品中农药残留（如有机磷检出限0.1 ppb）。
- 催化科学：山东大学通过SPR原位观测Au纳米棒光致形变，阐明甲酸脱氢反应的等离子体-分子电荷转移机制 。
SPR在药物开发中的应用示意图
四、SPR与传统技术对比
| 指标 | SPR | ELISA | ITC |
|---|---|---|---|
| 检测原理 | 实时折射率变化 | 酶标记信号放大 | 热量变化测量 |
| 标记需求 | 无需标记 | 需酶/荧光标记 | 无需标记 |
| 动力学参数 | 可测ka、kd、KD | 仅终点法测KD | 仅测KD |
| 灵敏度 | 1 pg/mm² | ng级 | μM-mM级 |
| 通量 | 多通道并行检测（如4通道芯片） | 96孔板高通量 | 单样品低通量 |
| 应用场景 | 分子互作全参数分析 | 大规模筛选 | 热力学研究 |
五、技术挑战与前沿发展
1. 芯片表面工程
- 纳米结构增强：通过枝状金纳米颗粒（Dendritic Au）将检测灵敏度提升5倍 。
- 抗污染涂层：聚乙二醇（PEG）修饰降低非特异性吸附至<1%。
2. 单分子SPR
结合全内反射显微镜（TIRF），实现单抗体-抗原结合事件检测，灵敏度突破至单个分子结合事件（《科学》2024）。
3. 自动化与AI整合
- 高通量平台：Cytiva推出96孔芯片适配器，单日可完成500样本检测。
- 深度学习优化：AI算法（如DeepSPR）自动拟合复杂动力学模型，减少人工干预 。
结语
SPR技术以其无标记、实时、定量的核心优势，持续推动生命科学研究的边界拓展。从揭示蛋白质构象动态到指导抗体药物工程化改造，从病毒快速检测到催化机理解析，SPR正成为解码分子互作语言的“万能钥匙”。正如《细胞》杂志评价：“这项技术让科学家得以在分子舞蹈的每一帧中捕捉生命的本质。”
| 名称 | 货号 | 规格 |
| SPR | 394838-200ul | 200ul |
| SPR | 335441-100ul | 100ul |
| SPR | MA525308 | 100uL |
| SPR | 394839-200ul | 200ul |
