生物大分子相互作用儀哪些部分組成

在分子生物學和藥物研發(fā)領域，研究生物大分子之間的相互作用是理解生命機制、篩選藥物以及疾病機制的重要途徑。生物大分子相互作用儀作為實現(xiàn)這一目標的核心工具，憑借其高效、的檢測能力，被廣泛應用于科研實驗中。要充分理解這類儀器的性能和作用原理，了解其主要組成部分的結構設計至關重要。本文將詳細介紹生物大分子相互作用儀的核心部分，幫助科研人員更好地掌握其技術基礎和使用技巧。

檢測芯片或傳感器陣列是生物大分子相互作用儀的核心組件之一。這部分通常由微流控芯片或表面?zhèn)鞲衅麝嚵袠嫵桑靡圆东@和固定目標分子。微流控技術允許樣品在極小的空間內(nèi)流動，提高檢測的靈敏度和速度；而傳感器陣列則負責轉化分子相互作用為可測量的信號。常用的傳感材料包括金屬、聚合物或硅基材料，這些材料具有良好的生物兼容性和高靈敏度。

表面修飾和生物分子固定系統(tǒng)也是儀器的關鍵組成部分。為了確保特定的相互作用檢測，傳感表面需要經(jīng)過化學修飾，實現(xiàn)寡聚物、抗體或酶等生物分子穩(wěn)定固定。此步驟的設計直接影響檢測的特異性和信噬性。一般采用的修飾方法包括偶聯(lián)制備、親和素-生物素系統(tǒng)、以及共價鍵合技術，這些都要求在保證穩(wěn)定的同時避免非特異性結合。

再者，流體控制系統(tǒng)對于儀器的操作性能起到重要作用。它通常由泵、閥門和微流控通道組成，確保樣品和緩沖液在系統(tǒng)中的準確流動。高效的流體控制可以改善分子接觸效率，減少背景噪音，提升信噪比。許多高端設備還配備了自動化控制單元，方便進行多參數(shù)、多樣本的快速檢測，從而滿足科研中的大規(guī)模篩查需求。

第四，檢測和信號放大模塊是以獲取清晰、穩(wěn)定信號為目標的硬件部分。這一模塊通常包括光學系統(tǒng)（如熒光檢測、偏振檢測或干涉測量部門）或電學檢測系統(tǒng)（如阻抗、電阻變化測量）。在某些設備中，還會集成信號放大器和數(shù)據(jù)轉換器，以確保檢測數(shù)據(jù)的高靈敏度和低噪聲。光學檢測中的光源、濾光片和照明系統(tǒng)也屬于關鍵部分，決定了信號的質量。

數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)在整個設備中起到“智囊團”的作用。由專門的軟件平臺支持，實時檢測獲得的數(shù)據(jù)能迅速進行定量分析和結果顯示。先進的分析算法還能識別不同的分子互動模式，提供詳細的結合動力學參數(shù)，為科研人員提供深入的理解依據(jù)?，F(xiàn)代的生物大分子相互作用儀也逐漸集成云平臺和遠程監(jiān)控功能，實現(xiàn)遠程操控和大數(shù)據(jù)分析。

總結來看，生物大分子相互作用儀的基本組成包括檢測芯片、表面修飾系統(tǒng)、流體控制單元、檢測和信號放大模塊，以及數(shù)據(jù)分析平臺。每個部分的設計和性能參數(shù)直接影響儀器檢測的靈敏度、特異性和穩(wěn)定性。隨著技術不斷發(fā)展，這些儀器正朝著更高的自動化、多功能化和高通量方向邁進，為生命科學研究和藥物創(chuàng)新提供更強有力的技術支撐。

生物大分子藥物目前主要包括治 療性蛋白藥物與核酸藥物等，隨著生物技術的迅速發(fā)展，生物大分子已被普遍用以治 療腫瘤、本身免疫系統(tǒng)疾病和遺傳代謝病等多種疾病。生物治 療藥物在臨床和商業(yè)上的成功引起了行業(yè)內(nèi)對其開發(fā)的日益重視，需要高質量的生物分析來支持這些藥物的開發(fā)。

與常規(guī)藥物一樣，評估大分子藥物的安全性和有效性需要徹底了解其藥代動力學（PK）、藥效學（PD）、毒代動力學（TK）以及免疫原性等特征。在藥物與機體相互作用中，PK是研究機體對藥物的處置作用，而PD和TK是分別研究藥物對機體有益/有害的效應。PD/PK和PK/TK的相互關系是藥物藥理學評價的核心。FDA、NMPA等監(jiān)管機構要求藥物進入臨床前必須證明其有效性和安全性，臨床前和臨床研究均需要研究藥物的PK，同時FDA建議對免疫原性風險檢測最 好在IND階段和臨床I期開展。因此，建立好的PD/PK/TK等生物分析方案對于大分子藥物的臨床前及臨床分析評價極為重要。

與小分子藥物相比，大分子藥物具有分子量大、結構復雜、細胞外基質不容易透過、使用量低、身體易溶解等特性，其生物分析充滿挑戰(zhàn)。

生物大分子藥物與傳統(tǒng)小分子藥物的藥代動力學

特征比較（藥學進展 ，2018年8期 ）

傳統(tǒng)的生物分析方法通常依賴于基于小分子檢測的液質聯(lián)用系統(tǒng)和基于生物制劑的配體結合分析（ligand-binding assay，LBA)），目前這兩種方法也用于抗體等生物藥的生物分析中。在現(xiàn)在的創(chuàng)新藥物中，還有mRNA、病毒載體、細胞治 療產(chǎn)品等，這些藥物本質上并非蛋白質藥物，因此qPCR、流式細胞術、成像技術等手段也越來越多地用于生物藥的生物分析中。

01、基于配體結合分析

生物分析中基于配體結合分析LBA是一種常用的分析工具，用于根據(jù)與其他生物分子的相互結合作用（binding interaction），定量測定生物分子（目標分析物，Analyte）在生物體液中的濃度，主要包括酶聯(lián)免疫(ELISA)等。

目前ELISA是生物制藥行業(yè)使用最廣泛的配體結合式（LBA）檢測平臺，它一直以來都是蛋白質定量分析最常用的技術，現(xiàn)在大多數(shù)生物標志物的商業(yè)檢測試劑盒都是基于ELISA的。這項技術對于某些臨床前生物分析的應用仍然很有吸引力，比如血清單克隆抗體的PK。但是ELISA操作復雜、測試運行時間長，采用自動化平臺可縮短分析人員操作的時間， 提高工作效率。

丹納赫生命科學旗下貝克曼庫爾特的Biomek i7自動化工作站結合美谷分子儀器的SpectraMax i3 多功能酶標儀，可以自動化地對樣本進行高通量的ELISA操作，大大避免實驗誤差及重復的人工勞動。

自動化工作站進行ELISA實驗流程

自動化工作站進行ELISA實驗的結果

02、液相色譜串聯(lián)質譜檢測系統(tǒng)LC-MS/MS

與LBA 相比，LC-MS/MS 在生物分析中的優(yōu)勢在于可以提供快速的方法開發(fā)和驗證、高特異性和高重現(xiàn)性，還可以實現(xiàn)多種分析物同時定量。另外，LC-MS/MS 方法也更容易在不同的分析物類別和基質之間轉移。但是靈敏度、樣品制備、方法開發(fā)和定量準確度相關的難題也亟需解決。

丹納赫生命科學旗下SCIEX開發(fā)了一種通用的混合LBA和LC-MS/MS兩種技術的工作流程，該工作流程結合了這兩種技術的優(yōu)勢，可用于蛋白質藥物的PK分析。該方法檢測阿達木單抗在小鼠血漿中的濃度，先用磁珠方法進行免疫親和性樣品的制備，然后將阿巴利單抗標準品進行消化后進入TripleTOF? MS系統(tǒng)進行肽圖譜分析，用以選擇蛋白質定量的特征性肽段。在QTRAP 6500+系統(tǒng)進行定量分析后，50 到 10000 ng/mL 的線性關系可達0.99763，定量限為50 ng/mL。

LC-MS/MS方法的前處理流程

阿達木單抗的提取離子色譜圖   

SCIEX QTRAP? 6500+ 系統(tǒng)

03、qPCR技術

qPCR法是常用的分析核酸藥物表達量的一種方法，其定量下限可以達到pg/mL甚至fg/mL，這可以極大增強藥物在體內(nèi)暴露的檢測時間。此外，RT-qPCR使用的樣本量極少，只需要幾微升血漿樣本或1毫克組織即可滿足分析需求，減少了對珍貴樣本的使用，而且能夠使用384孔板實現(xiàn)對樣本的高通量分析。然而獲得信號特異、低背景的qPCR結果也非易事，丹納赫生命科學旗下IDT埃德特的雙淬滅熒光探針，在靠近報告基團9bp左右的位置增加一個中間淬滅基團，為FRET作用中提供了一個能量的“中轉站”，拉近了能量傳遞中每個基團間的距離，從而提高了熒光淬滅率降低了背景信號。

IDT 雙淬滅熒光探針示意圖

（藍色序列片段即為雙淬滅熒光探針）

在過去20年中，新型治 療方式的出現(xiàn)改變了生物分析領域的現(xiàn)狀，導致了一系列技術的發(fā)展和成熟。在發(fā)現(xiàn)階段以及藥物開發(fā)的臨床前和臨床階段，健全的生物分析方法非常重要，這將有助于開發(fā)更安全、更有效的藥物，同時減少開發(fā)的時間和成本。丹納赫生命科學一系列先進的生物分析工具和方法能夠有效幫助應對創(chuàng)新藥物復雜結構和不同作用機制對PK、PD和免疫原性評估提出的重大挑戰(zhàn)。