基于光在金属（通常是金）薄膜表面激发表面等离子体波的物理现象。当生物分子在金属传感器芯片表面结合时，会引起附近折射率的微小变化，从而导致共振角发生偏移。通过实时监测这个共振角的变化，就能实时、无标记地检测分子结合和解离的过程。

Fig2. SPR仪器的主要组成部分: (A) SPR 光学检测系统 (B) 信号采集系统 (C) 微流控系统

操作流程

1.配基偶联： 将两个物质中的一个作为配体偶联在芯片上；

2.样品进样： 另一个物质作为分析物从芯片上流过；如果两个物质有相互作用，仪器会进行记录；

3.芯片再生： 使用再生缓冲液去除全部的分析物；

4.数据分 析： 使用仪器自带的软件进行数据分析；

Fig3. SPR实验流程

SPR类型有两种，分别是SPR单浓度检测和SPR多浓度检测。

01 SPR单浓度检测

通常指在一次结合-解离循环中，依次注入单一浓度的多个不同分析物，即使用单一浓度的物质进行筛选，快速对大量候选互作的物质进行亲和力排序，多用于初步筛选研究中。SPR单浓度检测不能精确测定结合强度，无法得到准确的动力学参数。

Fig4. 51个小分子化合物对蛋白A的亲和力初筛（单浓度SPR）

02 SPR多浓度测定

指对同一种分析物，设置一系列梯度浓度，依次进样并完整记录每个浓度的结合和解离曲线。其可以做到精确分析，获取可靠的Ka、Kd和KD，全面揭示相互作用的动力学机制。

Fig5. 两种分子间的相互作用分析（多浓度SPR）

例如通过上述单浓度SPR技术（或者其他筛选实验）筛选出与蛋白A亲和性较好的化合物B，可通过多浓度SPR检测获得两者互作的动力学和亲和力参数，深入分析其互作机制。

1. 结合常数Ka

▸ 代表复合物（RL）的形成速率，在 1 M 的 R 和 L 下，每秒产生的复合物数量。

▸ 单位为 M⁻¹S⁻¹，一般从 10³ 到 10⁷ M⁻¹S⁻¹。

2. 解离常数Kd

▸ 反映了复合物的稳定性，每秒钟解离的复合物的百分比。

▸ Kd=0.01 S⁻¹，即为每秒钟有1%的复合物解离， Kd 越大，解离越快。

▸ 单位为S⁻¹，一般在 10⁻² 至 10⁻⁵ S⁻¹。

3. 亲和力常数KD

▸ 反映了相互作用结合能力的大小， 越小亲和力越高，Kd/Ka的比值，是平衡常数的倒数。

▸ 单位为 M，检测范围为 mM~pM。

📌 常见的生物分子间亲和力值范围

▫️ 亲和素－生物素结合：10⁻¹⁴ M

▫️ 强的抗原 - 抗体结合：10⁻⁸~10⁻¹⁰ M

▫️ DNA 与蛋白的结合：10⁻⁸~10⁻¹⁰ M

▫️ 较弱的抗原 - 抗体结合：10⁻⁶~10⁻⁷ M

▫️ 酶与底物结合：10⁻⁴~10⁻¹⁰ M

▫️ 蛋白与小分子结合：10⁻³~10⁻⁶ M

（1）是否结合；

（2）结合的特异性与选择性；

（3）两种分子的结合强度（亲和力）；

（4）结合和解离的快慢和复合体的稳定性（动力学）；

（5）分子结合的温度与热力学特征；

（6）目标分子活性含量的检测；

（7）能跟踪监控固定的配体的稳定性。

1.无标记检测： 无需对样品进行标记，避免了标签、生物素或者同位素的干扰；

2.实时检测： 可以实时观察到分子间结合和解离的过程；

3.高分辨率，高灵敏度： 能够检测出非常弱的相互作用；

4.信息量多： 不仅可以检测有没有相互作用，还可以检测相互作用的亲和力，动力学和浓度等信息

Table1. 几种传统检测分子互作技术与SPR对比

📌 案例一 蛋白-小分子相互作用

中科院北京基因组研究所江华亮团队在Cancer Cell上发表的名为“ Small-Molecule Targeting of E3 Ligase Adaptor SPOP in Kidney Cancer ”的论文中，研究者针对透明细胞肾细胞癌中SPOP蛋白的异常（在细胞质中过表达而非细胞核）会促进肿瘤生长的问题，成功设计并优化出一种小分子抑制剂6b。且利用SPR等实验明确了该抑制剂的核心机制：通过抑制SPOP与底物蛋白的相互作用，来阻断致癌信号通路。

Fig6. POP抑制剂与SPOP结合

📌 案例二 蛋白-蛋白相互作用

美国德克萨斯州大学何平团队在Nature上发表的名为“ Phytocytokine signalling reopens stomata in plant immunity and water loss ”的论文中，研究者利用SPR技术验证了SCREWs与受体激酶NUT的结合能力，检测结果表明SCREWs与NUT的亲和力达到了uM级别，表明两者的结合强度较好，由此确定了NUT是SCREWs的受体。

Fig7. SPR检测不同类型的SCREWs与NUT胞外域的亲和力

📌 案例三 蛋白-核酸相互作用

在Plant Physiology上发表的名为“ RBP differentiation contributes to selective transmissibilityof OPT3 mRNAs ”的论文探讨了OPT3在木本（苹果）与草本（拟南芥）中传递性的差异，研究利用SPR分析各属间RBPs与OPT3的亲和力，结果发现苹果的RBPs与苹果MdOPT3的亲和力显著高于拟南芥，阐明了OPT3 mRNA长距离传递能力种间差异的分子机制。

Fig8. 候选RBP与MdOPT3、MxOPT3和AtOPT3 3′-UTR结合的SPR分析

SPR技术凭借无标记、实时、高灵敏的特性，已成为分子互作研究不可或缺的工具。了解生物分子间的相互作用有助于深入理解复杂的生物学过程，并为疾病的预防和治疗提供新视角。SPR分子互作技术凭借其实时性、灵敏性、多样性和灵活性，在生物医学研究和药物研发等领域发挥着关键作用。通过SPR技术，我们可以更全面地探索生物分子之间的相互作用，支持药物研发和疾病诊断。随着SPR技术的持续进步，我们对分子相互作用的认识将愈加深入，为生命科学研究开辟更多可能。

强耀生物提供专业 SPR 无标记分子互作检测技术服务，欢迎咨询订购~