德國saw instruments公司出品的新一代的實時免標記生物傳感器sam5，采用了**的表面聲波檢測技術，無需標記即可實時檢測分子之間的相互作用以及分子構象的變化。表面聲波檢測技術（SAW）不僅具有可同表面等離子共振技術（SPR）相媲美的檢測靈敏度，還不受以光學方法為基礎的檢測技術（如SPR）的局限性限制。是研究抗體同完整細胞表面膜蛋白結合狀況以及溶解在高鹽、高黏稠度液體、高濃度DMSO中的小分子候選藥物的理想工具。

生物分子的活性功能是通過分子之間的相互作用來體現的，了解這種相互作用的過程對于生命科學領域的研究以及揭示生命發生發展的基本機制具有重要作用。目前在分子相互作用分析領域應用*廣且*成功的莫過于表面等離子共振（surface plasmon resonance，SPR）技術，但由于該技術基于光學檢測原理，因此，當樣品被溶解在有色溶液、高黏稠度溶液、高鹽溶液、或者高濃度DMSO中時，由于光學檢測的特性，檢測結果會受到較大干擾。德國saw instruments公司出品的新一代的實時免標記生物傳感器sam5則針對光學檢測中遇到的這類問題為研究者提供了一個新的分析平臺。

sam5系統技術原理：

該系統將**的表面聲波（Surface Acoustic Wave, SAW）技術應用于商品化的生物傳感器，可對生物分子間的相互作用狀況進行實時、免標記的分析。

其所采用的檢測技術可比作是一臺高靈敏度的微量天平：用芯片表面實質量（realmass）（“重量”）的變化來反映結合的過程。

總的說來，傳感器就是芯片，因此其表面可引起聲學振動。由壓電材料產生的橫向聲波可“之”字形在芯片表面傳播，芯片表面結合物質的改變和其構象信息會表現為聲波振動的變化。這種檢測方法和其所采用的高工作頻率顯著降低了由于基質的復雜性造成的信號失真問題，因此樣本純化步驟可能被省略。檢測中，芯片表面質量的變化會引起聲波的相位（phase）變化，而樣本的粘彈性（Viscoelastic）和構象信息則通過振幅（amplitude）的變化來體現。在進行分子相互作用分析時，這兩種影響可被區分且可獨立被檢測。

sam5系統介紹：

sam5實時檢測并顯示生物分子間的相互作用狀況和動力學數據。根據實驗需求，傳感器表面可以包被不同的配體。這樣，待分析的樣本可以特異性的同傳感器表面物質結合。檢測過程中，樣本溶液會流過傳感器芯片的表面，芯片表面包被物質的變化轉變為測量信號被記錄下來，這種變化是時間依賴性的，因此，可以獲得結合速率和解離速率用于動力學分析。

每個傳感器芯片上包含5個獨立的傳感器元件，也即提供5個測量通道。由于樣本通常來說都比較珍貴，因此如果給5個通道分別包被不同的物質，就可以一次獲得樣本同5種不同物質的相互作用結果，也即在低樣本體積的情況下實現高通量檢測。

傳感器芯片放置在位于中央的溫度可控的檢測裝置中，整套系統還包括一個整合的自動進樣裝置，因此可在sam5上實現過夜甚至跨周末的無人值守檢測。

sam5系統根據科研以及工業用戶不同的實驗需求，分為sam5 BLUE（適用于科研用戶）和sam5 GREEN（適用于工業用戶）兩個型號。其主要區別在于：

sam5 BLUE上不僅可使用現成的預包被的芯片，且用戶可使用純金芯片自行包被所需物質。并且，可將芯片上已包被的物質剝離后重新包被，*大程度上滿足科研用戶實驗的靈活性要求。

sam5 GREEN則考慮到工業用戶對于重復性、精確性以及批量質控的要求，因此其上需使用預包被的芯片，并且芯片不可以被剝離后重新包被。

sam5系統的重點應用：

1. 完整細胞表面抗原抗體的結合分析
市面上已經有許多非常好的用于水溶性蛋白相互作用分析的產品，但很多用戶，特別是藥物研發用戶，其研究的對象很大比例為膜蛋白，這就需要一種技術，可以在保持膜蛋白天然狀態和結構的前提下進行蛋白相互作用分析。

實驗證明，sam5不僅可用于可溶性蛋白的研究，且由于表面聲波技術的優勢，用戶可以將細胞通過液流系統直接上樣，讓細胞同芯片表面物質結合。從而可在細胞水平上，在保留膜蛋白天然結構的同時，對膜蛋白同抗體的結合以及動力學信息進行研究。

例如，通過鈣粘連蛋白將MCF7人乳腺癌細胞固定在sam5芯片表面。針對細胞膜上的三種蛋白質（E-Cadherin，Ep-CAM，EMA），向系統中依次注入三種蛋白的相應抗體，結果如圖1所示。

 
圖1：MCF7細胞同芯片表面的結合以及不同抗體對細胞膜表面蛋白的識別。

2. 分子構象變化的檢測
鈣調蛋白是廣泛存在于真核細胞中的一種結合鈣的調節蛋白質。在每個鈣調蛋白分子內，有4個可與鈣離子結合的區域，當沒有同鈣離子結合時，該蛋白以分子閉合的狀態存在，幾乎沒有活性。一旦同鈣離子結合，鈣調蛋白發生構象變化并活化，從而可以通過與酶類藥靶作用調節代謝過程。

目前市面上其他生物傳感器都無法直接提供分子構象變化信息，sam5則可通過聲波振幅的改變，檢測分子構象變化。

例如，通過包被了鏈霉親和素的2D –COOH SAM芯片，可捕獲標記了生物素的鈣調蛋白，之后依次加入濃度為1mM的CaCl2和MgCl2溶液。結果如圖2所示。

 
圖2：鈣離子導致鈣調蛋白中心螺旋結構剛性的增加，從而粘彈性降低，表現為聲波振幅的瞬時降低。另外，鎂離子具有和鈣離子類似的效果，但效果明顯減弱。

3. 小分子結合

在檢測小分子化合物同目的蛋白的相互作用時，一方面，由于高長寬比的影響，信號往往較弱。另一方面，由于小分子化合物往往需要溶解在含DMSO的溶液中，當使用光學方法檢測時，弱信號會受到DMSO的的干擾而容易被掩蓋。sam5由于采用非光學的檢測方法，因此，不會受到溶液中DMSO的影響，從而可獲得更好的檢測結果。

劍橋大學的 Tom Blundell教授實驗室的研究者們在研究不同的小分子化合物（MW<250Da）和目標蛋白（21.7kDA）的相互作用時，分別使用sam5和Biacore T100進行了對比實驗。結果表明，sam5不僅操作簡單且可快速獲得和SPR方法類似的親和力檢測數據并給出KD值。令研究者們感興趣的是，由于樣本和工作液中DMSO的濃度差異對于sam5的檢測幾乎沒有影響，因此，在檢測小分子結合時，sam5具有比BIAcore T100更好的分辨率。

4. 在線親和質譜分析（On-line Affinity Mass Spectrometry）
sam5可以與MALDI-TOF工作流程整合，和其它也能被整合的生物傳感器相比，sam5的優勢在于對于MALDI的激光光柵來說，它的芯片具有*大的表面積。因此MALDI可根據肽質量指紋圖譜對較大蛋白進行鑒定。

Sam5還可以同ESI-MS連結，用于捕獲并檢測溶液中的小分子蛋白標記物，例如圖3所示。

圖3：芯片表面固定有抗-3硝基酪氨酸的抗體。將等摩爾的混合多肽樣品上樣，第一次上樣的是3個序列不同的3-硝基酪氨酸多肽，第二次上樣的2個多肽序列一致，但其中一個沒有被硝基化。通過改變工作液中pH的濃度，可以將和芯片結合的多肽洗脫下來并通過ESI-MS檢測。

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