生物膜层干涉技术(Biolayer interferometry,BLI)是基于光干涉原理的非标记技术。具有操作简单、检测时间短、样品耗量少、无需人工标签可直接参与分析、检测等优点。通过对光干涉信号的实时监测,BLI技术能够广泛应用于生物分子相互作用的分析和快速检测。

生物膜层干涉技术原理

生物分子A结合到光纤材质的生物传感器末端会形成一层生物膜,当传感器末端的分子A与待检测分子B结合时会引起传感器末端分子量的改变,从而导致生物膜厚度的改变。光通过传感器的生物膜层后发生透射和反射形成干涉光波,生物膜厚度的变化导致干涉光波发生相对位移。生物分子结合前后的干涉光波被光谱仪检测到,形成干涉光谱,以干涉图谱的实时位移(nm)显示出来。最后根据分子结合前后图谱的变化对待检测分子进行分析。

BLI检测方法

生物膜干涉技术广泛应用于生物分子间的动力学实验以及定量检测实验。以动力学检测为例,简述BLI技术的检测方法。

动力学检测实验

生物分子相互作用分析系统可以实时的检测生物分子之间的相互作用,而被广泛的用于蛋白质、核酸和其他生物分子的动力学常数的测定。它可提供包括结合速率常数(Ka)、解离速率常数(Kd)和亲和力常数(KD)在内的动力学信息。

实验流程

首先将生物传感器浸入缓冲液中进行平衡 → 浸入已知浓度的固化溶液中,溶液中生物素化的抗原结合到生物传感器表面,使其表面膜层厚度增加 → 将固化完已知浓度抗原的传感器浸入缓冲液中做基线 → 将固化好已知浓度抗原的生物传感器浸入含有待测抗体的样品溶液中,由于抗原—抗体间特异性结合而导致膜层厚度的增加 → 将已结合待测抗体的传感器浸入缓冲液中进行解离,待测抗体从生物传感器表面脱落导致膜层厚度的减少。通过对实验过程中生物传感器生物膜层厚度的实时监控,可以得到待测样品的动力学常数。

生物传感器的选择

BLI应用于动力学常数测定实验时,常用的生物传感器主要包括SA、SSA、AR2G、APS、AHC和AMC等,每种生物传感器适用不同的生物样品,不同生物传感器使用要求也不同。如SSA仅适用于检测小分子样品;而SA用于固化生物素化的蛋白、抗体、化合物和核酸等以检测与之相互作用的大分子样品;AHC则可以直接固化人抗后检测与之相互作用的分子。

BLI技术的应用

生物膜干涉技术能够广泛应用于各类生物体系的测定,可以实现生物分子之间相互作用的实时分析检测,可以对生物分子进行准确定量以及对生物分子动力学、亲和力进行实时、无标记的分析。

  • 观察蛋白复合物的组装过程;
  • 肿瘤中分子标记物的筛选;
  • 核酸与蛋白的相互作用分析;
  • 检测病毒颗粒与蛋白、蛋白与蛋白的相互作用;
  • 疫苗中某种微量蛋白的滴度鉴定以及疫苗开发;
  • 抗体和小分子药物的亲和力和动力学测定;
  • 小分子化合物(抗体)的筛选等。

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BLI技术与免疫共沉淀对比优势

  • 动力学数据实时测定:可实现检测分子间相互作用动力学数据,实现对分子瞬时相互作用的检测;
  • 能提供独特的高通量平台:可实现8~16个样品同时检测,是非标记技术中通量最高的;
  • 检测用量少:只需要少量纳摩尔量的样品,可以用于分析难以分离的分子样品;
  • 应用范围广泛:可直接检测粗制的样品,耐受各种溶液环境,只有结合到传感器表面的分子才会被检测。

参考文献

[1] 张艳,姜丽艳,张晓光等.生物膜干涉技术在生物分子间相互作用检测中的应用【J】.生命科学仪器,2019,49-52.

[2] 杨国泰,吴鑫,李福来等.生物膜层干涉技术在生物分子分析和检测中应用的研究进展.分析测试学报【J】,2017,1055-1060.