SPR技術原理

SPR技術，也就是表面等離子共振，本質上是個光學現象，發生在兩種不同折射率的介質之間，中間夾了一層薄薄的金屬膜。當光從高折射率介質比如玻璃，通過一個棱鏡射到這個金屬膜表面時，如果角度或者波長剛好對上，就會發生全內反射，把金屬里的自由電子給攪動起來，形成一種叫表面等離子體的東西。這會生成一種能量衰減很快的隱矢波，沿著金屬表面跑。神奇的是，在特定的角度下，你會發現反射光的強度突然掉下來，甚至變成零，這就是所謂的SPR角。這個角特別敏感，只要金屬膜表面沾點東西，哪怕只是分子量的變化，它都會跟著變。所以，我們就能利用這個特性來研究生物分子之間的相互作用了。

具體是怎么操作的呢？核心就是利用剛才說的那個SPR角對表面變化的敏感性。兩個分子結合了，或者解離了，表面質量肯定會變一點點，SPR就能捕捉到這種微小的變化，然后把它放大成我們可以測量的信號。利用這個原理，GE公司就開發出了像Biacore T200這樣的儀器。它的核心部件包括一個精密的SPR光學檢測器、一個負責控制液體流動的微流控系統IFC，還有就是我們實驗的舞臺，傳感芯片。工作的時候，光線從玻璃層穿過金屬膜，照到樣品池里。如果你的配體已經固定在金屬膜上了，當分析物流過時，它們結合會改變樣品池的折射率，SPR角就變了，光學檢測器就能讀出這個變化，變成信號值。這就像一個超級靈敏的天平，能稱出皮克級別的物質變化，而且是實時的，不需要加標簽，親和力范圍也覆蓋得非常廣，從納摩爾到毫摩爾都能搞定。

SPR實驗流程

那么，一個典型的SPR實驗是怎么做的呢？其實主要就三步，第一步叫偶聯，就是先把你要研究的那個分子，我們叫它配體，牢牢地固定在芯片表面。第二步是結合解離，讓另一個分子，也就是分析物，流過芯片表面，看看它們怎么結合，又怎么分開。第三步是再生，把結合上去的分析物清理掉，這樣芯片就能重復使用了。

第一步，偶聯有兩種主流方式。一種是直接偶聯，最常見的是氨基偶聯，直接把帶氨基的配體固定上去。另一種是間接偶聯，也叫捕獲法，先用一個捕獲分子把芯片表面占住，然后利用這個捕獲分子和你真正想固定的配體之間的親和力關系，把配體拉上去。這里面有個關鍵點，就是配體的偶聯量，通常用Rmax表示，它決定了你的芯片能容納多少分析物。這個量不是越高越好，做動力學分析時太密了反而不好，會影響擴散。當然，偶聯結束，你得檢查一下，看看這些配體是不是活性還在，因為偶聯過程可能影響配體活性。

接下來是重頭戲，結合解離。現在配體已經固定在芯片上，輪到分析物出場了。我們讓一系列不同濃度的分析物依次流過芯片表面，SPR儀器就會實時記錄下信號的變化，畫出一條曲線，這就是傳感圖。為了得到干凈的結果，我們通常會用雙扣除的方法，就是把你的實驗通道信號減去一個參比通道的信號，再減去零濃度分析物時的信號。為什么要這么做？因為有時候分析物可能會非特異性地粘在芯片上，或者芯片本身信號有漂移，這些都會干擾結果。

參比通道就像是對照組，幫我們把這些雜音去掉。做實驗的時候也要留心觀察響應值，如果結合信號遠遠超過了理論上的最大值Rmax，那可能就是分析物濃度算錯了、自己抱團聚集了，或者發生了不該發生的非特異性吸附。反過來，如果信號低得可憐，那可能就是分析物濃度太低，或者你的配體根本就沒活性了。

做完一輪結合解離實驗，芯片表面就布滿了分析物，不能再用了。這時候就需要再生步驟，把它們清理干凈。大多數分子間的相互作用都是非共價的，比如氫鍵、離子鍵這些，所以我們可以通過一些化學或物理手段把它們破壞掉，讓分析物從配體上脫落下來。理想的再生當然是既能把分析物徹底清除，又不會傷及配體一根毫毛。常用的再生試劑五花八門，比如對付抗體和蛋白質，常用的是酸性條件，像pH 1.5到3.0的甘氨酸溶液，酸性足夠強，能把很多非共價鍵打斷。對付核酸或者糖類，可能就需要堿性條件了。還有高鹽溶液、表面活性劑、乙醇這些，各有各的用處。怎么知道再生效果好不好呢？很簡單，對比一下再生前和再生后的基線信號，如果信號恢復到了接近初始狀態，那就說明再生得比較干凈。如果不行，那就得回去調整再生條件了。

SPR技術在抗體藥物生命周期中的角色

SPR在抗體藥物整個生命周期里都能大顯身手。在早期研發階段，你想篩選出最好的抗體候選分子，SPR就能幫你快速評估它們跟目標抗原的結合能力。到了生產階段，需要對最終的抗體藥物進行詳細的表征，比如搞清楚它到底結合了哪個表位，親和力有多強，活性成分有多少等等，SPR都是得力助手。更進一步，到了后期的質量控制環節，只要我們建立了一套靠譜的系統適用性標準，SPR完全可以用來做方法學驗證，參與產品的最終放行和穩定性研究。

總之，表面等離子共振技術憑借其獨特的光學原理和高靈敏度，已經成為研究生物分子相互作用的強大工具。貫穿了抗體藥物從研發到生產的全過程，不僅能提供詳細的親和力數據，更重要的是能揭示結合和解離的動力學過程，幫助我們深入理解分子機制。隨著技術的發展和方法驗證的完善，SPR在未來的藥物研發和質量控制中必將扮演越來越重要的角色。

       原文標題 : 表面等離子共振（SPR）技術概述