在科学研究的微观世界里，分子间的相互作用如同一场无声的舞蹈，如何实时观察这些微小却至关重要的生命过程？20世纪90年代，基于光学检测生物分子相互作用的表面等离子共振（SPR）技术应运而生，成为科研人员探索分子互作的“隐形眼镜”。

01 技术原理

表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种光学物理现象，发生在金属薄膜与介质界面。当一束偏振光以特定角度入射到棱镜端的金属薄膜（通常是金或银）时，会引发金属中的自由电子产生集体振荡，形成表面等离子波。当入射光的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，便会发生共振，导致反射光强度显著降低，这个特定的入射角就是SPR角。金属表面介质的折射率变化会直接导致SPR角的变化，而折射率变化与金属表面结合的分子质量成正比。通过精确测量SPR角的变化，研究人员就能获得分子结合的特异性、亲和力、动力学常数等信息。

02 技术流程

一套典型的SPR仪器包含四个核心组件：包含光源、棱镜、检测器等的光学系统；在玻璃基底上镀有约50nm厚的金膜的传感器芯片；用于控制样品流过芯片表面的微流体系统以及用于保持温度恒定的温控系统。标准的SPR实验流程主要包括以下步骤：

1、配体固定化：将一种配体分子通过化学方法固定在芯片的金膜表面；

2、分析物准备：使用缓冲液将分析物稀释为5-8个浓度梯度；

3、基线稳定：加入缓冲液流过芯片，建立稳定的基线数据；

4、进样与结合：将稀释好的分析物溶液注入并流经芯片表面；

5、数据采集：根据实验需求设定进样流速、结合时间和解离时间后采集数据；

6、冲洗与解离：使用缓冲液将未结合的分子洗掉，直至信号回归基线数据；

7、芯片再生：使用温和的变性条件（如酸性/碱性溶液）将芯片表面剩余的复合物解离，使芯片恢复初始状态，以备下一次实验。

03 技术优势

1、无需标记：分析物不需要标记，避免对分子结构和功能造成影响；

2、实时动态：可实时监测分子结合和解离全过程，提供结合动力学信息；

3、样品量少：需要的样本量少，减少了珍贵样品的消耗。

4、高灵敏度：能够检测到表面质量低至1pg/mm²的变化。

5、广泛应用：可分析各种类型的分子互作。

04 应用场景

1、分子互作研究：可用于研究蛋白质-蛋白质、蛋白质- DNA、蛋白质-小分子等相互作用，帮助科学家揭示生命活动的分子机制。

2、药物开发：可用于鉴定先导化合物，研究药物与靶标相互作用的动力学和亲和力，指导药物优化。

3、临床诊断：可用于检测病毒、病原分子蛋白和受体，确定血型等。

4、食品安全与环境监测：可用于检测农药残留、兽药残留、非法添加剂、病原菌和重金属，检测限可低至0.44 ng/ml。

05 注意事项

1、样品准备：样品需要新鲜、有活性，使用前要去除杂质，配体的纯度应达到90%以上。

2、缓冲液选择：分析物溶液中一般不能含有甘油、蔗糖、咪唑等高折光率物质，否则会干扰信号检测。

3、浓度设计：在动力学分析中，理想的分析物浓度范围可以从10×KD（解离平衡常数）作为最高浓度进行梯度稀释。

4、芯片选择：针对不同类型的分子，需要选择合适的芯片。

5、溶剂校正：当分析溶解在DMSO中的小分子时，必须进行溶剂校正，否则会导致信号偏差。

6、再生条件优化：不同样品类型需要不同的再生条件。

06 文献案例

2025年3月，兰州大学药学院天然药物化学生物学研究团队在《Science Advances》杂志在线发表了题为“Indoloquinoline alkaloid neocryptolepine derivative inhibits Botrytis cinerea by targeting thiamine thiazole synthase”的最新研究成果，揭示了新白叶藤碱类生物碱的全新抗菌作用机制。团队以天然源新白叶藤碱类生物碱为先导，通过DARTS、CETSA和SPR等方法筛选鉴定出具有优异抗菌活性的候选药物Z24。机制性研究表明，Z24通过结合Bcthi4抑制硫胺素生物合成，并诱导Bcthi4基因的可变剪接。

SPR实验证实Bcthi4与Z24蛋白的相互作用（Zhao et al. 2025）

参考文献

[1] Zhao WB, An JX, Jin YR, et al. Indoloquinoline alkaloid neocryptolepine derivative inhibits Botrytis cinerea by targeting thiamine thiazole synthase [J]. Sci Adv, 2025, 11(11): eadq5329.