摘要 在过去的15年中，从药物发现到基础生命科学研究，生物分子相互作用的无标、实时分析越来越成为一种横跨各学科的重要技术。而这个领域中不断壮大的仪器供应队伍也使得这项强大的技术被各种科研团体所熟知和应用。目前发展的一种普遍趋势是在系统中整合并行样品处理技术及更多的探测通道以增加实验通量。这既增加了设备的复杂性，又明显地提高了仪器成本。然而，自动化操作可以有效地保证样品处理的重现性，如再结合双参比相互作用数据集，那么几乎所有的运行流程都能得到一种极大的改善。SensíQ Pioneer 系统，一种高效的基于表面等离子共振技术(SPR)的生物探测系统，完整地涵盖了上述各种要素。
在过去的15年中，从药物发现到基础生命科学研究，生物分子相互作用的无标、实时分析越来越成为一种横跨各学科的重要技术[1,2]。而这个领域中不断壮大的仪器供应队伍也使得这项强大的技术被各种科研团体所熟知和应用。目前发展的一种普遍趋势是在系统中整合并行样品处理技术及更多的探测通道以增加实验通量[3,4]。这既增加了设备的复杂性，又明显地提高了仪器成本。然而，自动化操作可以有效地保证样品分析的重现性，如再结合双参比相互作用数据集，那么几乎所有的运行流程都能得到一种极大的改善。而上述各要素均被较好地涵盖于SensíQ Pioneer 这种高效的基于表面等离子共振技术(SPR)的生物探测系统中(Icx Nomadics,Oklahoma City, OK)。
目前，微孔板操作和以自动取样器为基础的样品处理(例如样品的稀释、混合以及输送)被认为是任何高质量设备的标准元素。除此以外，还必须考虑实验通量、数据质量以及测试成本之间的平衡。事实上，增加并行探测通道并不是提高通量的唯一方法。SensíQ Pioneer便是采用一种高重复性的单针自动化取样进样系统，在分析物通过微流体通道传送到探测通道的过程中形成分析物浓度的连续梯度。这种连续的分析物梯度进样覆盖了较宽的浓度范围，被用来替代传统的分析物稀释系列。通常来说一个分析物稀释系列涵盖2~3个数量级，需要在样品瓶架中占据6~10个样品瓶位置。消除稀释的必要之后，系统可在一次运行中动态扫描192个不同分析物，且不需要进行预实验以确定对于每个分析物的最佳浓度范围。由此带来的实验复杂程度和测试时间的降低以及提供更高质量测试数据的能力使得这种连续取样系统可以与其他配置有并行样品处理系统的更复杂设备相匹敌。在大多数情况下，并行处理系统带来的益处往往被其牺牲的灵敏度所抵消。在关注小分子分析物的筛选和其动力学特性时，灵敏度是最关键的性能指标。SensíQ Pioneer采用SPR检测器，可以实现较宽范围内(pmol/L~mmol/L)针对小分子(相对分子质量(Mr)<100)或者较大分析物(>1 μm的颗粒)结合和解离行为的快速监测，且灵敏度低于1×10-7折射率单位。用于比较仪器性能的关键要素是什么?即使对于一名经验丰富的科研工作者来说，对仪器的评估都是较为困难的事。目前几乎所有的仪器都具有自身的优势和劣势，这就需要根据使用者特定的应用需求以及设备的性价比来衡量。然而，仍然有几个通用的性能特征可被用来可靠地评价系统的质量。具备分析响应曲线经验的科研人员往往可以一眼就辨别出高质量数据和较差数据;但对于新手来说，这往往没那么容易。本文通过使用SensíQ Pioneer生物探测体系记录的数据来详细说明反映数据质量的重要性能特征。
1 总体数据质量
抑制剂羟基苯磺酰胺(CBS)与固定化碳酸酐酶Ⅱ的相互作用曲线如图1。图1中分别给出了CBS在9种不同浓度下与碳酸酐酶Ⅱ的结合相互作用曲线(重复两次)。两次重复结果完全重叠，显示了很好的重现性。CBS是一种小分子分析物，而测试所得信噪比高达400∶1。这种性能主要依赖于检测器的灵敏度及化学生物传感器的能力和生物相容性。进样之前的平滑基线表明系统具有高质量的参比曲线扣除和较低的温度漂移。每个浓度下测得的响应曲线中的平台区域证明了复合物体系中存在稳态条件，且没有过饱和现象(例如分析物与酶的接触受到阻碍)。但是，高质量数据的最大指标是动力学模型(红色曲线)和实验数据(蓝色曲线)的高度吻合。已知CBS和碳酸酐酶Ⅱ的相互作用服从最简单的1∶1相互作用模型。这样，如果不存在其他干扰因素，各个动力学参数(ka, kd, Rmax)的全局拟合应该拟合的很好。最常见的干扰因素包括传质限制、分析物配基过饱和、重结合效应、低质量的参比曲线校正、分析物损失、分析物分散以及过大流体性死体积等。以上这些现象一方面可能产生于不正确的实验操作，另一方面则可能是仪器本身的问题。
2 快速相互作用监控
抑制剂甲基磺酰胺(Mr为95)与固定化碳酸酐酶Ⅱ的相互作用稳态模型如图2。插图里给出了动力学曲线及动力学分析得到的亲和常数。这种相互作用的解离速率常数(kd)非常快(2 s–1)，不利于亲和过程的监控。对这种快速事件的准确分辨，是通过先进的流控设计使得进样过程中缓冲液与分析物之间的转换在1 s内完成而实现的。对于一般的流动注射系统，这通常不可能实现，从而限制了这类系统的动力学测定范围。测得的稳态模型与动力学模型较好的一致性是高质量数据的的重要指标。
3 传质限制
纳升流量计可以检测分析物从液体本体到相互作用表面的快速传质。相反，大体积流量计则可能导致传质受限的响应曲线，从而增加动力学常数拟合时的误差。图3给出了SensíQ Pioneer得到的固定化受体(亲和捕集到蛋白C包被的表面)和scFv(Mr为27 000)相互作用的亲和数据。两幅图分别为不同受体固载量及双探测通道条件下采用逐级稀释3倍的6个样品测得的响应曲线，且均重复一次。两组曲线较好的吻合1∶1动力学模型。此外，尽管每个探测通道的亲和能力差异很大，但得到的动力学参数非常类似。由此表明，传质限制并不存在，否则传质限制会以对模型的系统偏离的形式显示出来，这种偏离对于高亲和能力表面而言更加严重。
4 结论
SensíQ Pioneer是一种以自动化、三通道及流动进样为基础的表面等离子共振系统，可以通过样品瓶及标准微孔板实现分析物的连续进样。先进的微流控设计，特制的表面化学，高灵敏度检测，温度控制，精确的自动进样器以及方法编程等多个因素的结合使得高质量数据的获得变得游刃有余。尤其对于亲和相互作用的检测和分析是其他很多仪器所无法完成的。此外，仪器的高实验通量也足以满足其应用领域中的各种规模化分析。
参考文献
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作者简介
Mr. Havard, Mr. Gillock, and Mr. Martin are Research Scientists, and Dr. Quinn is Chief Scientist ofBioinstrumentation, Icx Nomadics, 800 Research Pkwy., Ste. 100, Oklahoma City, OK 73104, U.S.A.; tel.: 405-239-8600; fax: 405-235-8608; e-mail: john.quinn@icxt.com.
