生物分子间的相互作用是生命活动的基石，分子间结合的特异性、强弱、快慢等都是生命科学研究的重要内容。基于表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）和生物膜干涉技术（Bio-Layer Interferometry, BLI）这两种无标记的、实时监测分子相互作用的光学检测技术已经广泛应用于各类生物分子的互作分析、发病机制研究、药物发现及开发、生产质控等重要领域。本文将对这两种已经被美国药典收录的分子互作检测技术做简要的介绍。

 

SPR简史

 

       1902年，科学家Wood在光学实验中首次发现了SPR现象：当偏振光照向金属背衬的衍射光栅时，反射光中会出现异常的明暗条纹图案。尽管他对光、光栅和金属之间的相互作用机制进行了推测，但这一现象当时并未得到清晰的解释。1941年，Fano对SPR现象进行理论分析，认为这些异常与由（光栅）结构支持的表面波（表面等离子体）相关。1950年代，科学家在气体和薄膜上的电子能量损失方面进行了更多实验。研究表明，能量损失来自于表面等离子体振荡的激发，其中部分恢复电场延伸到了样品边界之外。因此，样品表面上的任何薄膜或污染物都会影响表面等离子体振荡。这一效应后来被描述为金属表面激发电磁“倏逝”波。到了1970年代，倏逝波被描述为一种研究超薄金属膜和涂层的手段[1]。

 

       光学激发表面等离子体波主要采用两种方法：基于棱镜耦合器结构的衰减全反射法以及光栅衍射法。1960年代末1970年代初，Kretschmann、Raether和Otto通过衰减全反射方法演示了表面等离子体的光学激发，为SPR传感器结构奠定了基础。到了1980年，SPR及其相关利用倏逝波的技术被应用于薄膜表征以及生物和化学相互作用研究。这些技术使研究者能够实时、无需标记地研究溶液中固定化受体与目标分析物之间的相互作用。1980年，Pharmacia公司对SPR技术产生兴趣并开始研究该技术的潜力。1984年，Pharmacia公司成立了子公司Pharmacia Biosensor AB，致力于开发、生产和销售实用的SPR仪器。1990年，Pharmacia Biosensor AB开发出首台商业化SPR仪器BIAcore。1996年，Biacore从原Pharmacia公司剥离出来独立运营，于2006年被GE收购，成为GE医疗生命科学大家庭中的一员。2019年，Danaher（丹纳赫）公司收购GE医疗生命科学事业部，Biacore成为旗下新品牌Cytiva（思拓凡）的一部分。自1990年至今，Biacore推陈出新先后推出了一系列SPR分子互作仪：Biacore 1000、Biacore 2000、Biacore X、Biacore 3000、Biacore Q、Biacore J、Biacore A100、Biacore T100、Biacore T200、Biacore 4000、Biacore X100、Biacore S200、Biacore 8K系列和Biacore 1系列等。经过35年的发展，Biacore已成为无标记分子互作检测技术的金标准。

 

Biacore中的SPR原理

 

       表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一种光学物理现象。Biacore分子互作仪采用棱镜耦合的衰减全反射（ATR）方式激发金膜表面SPR。当一束固定波长的偏振光以特定角度范围（大于临界角）入射到棱镜-金膜界面时，会在金膜的外表面样品溶液一侧产生倏逝波（evanescent wave）。它是沿着界面传播，且在垂直界面方向指数衰减的电磁场。倏逝波的穿透深度通常在光波长量级。当倏逝波的波矢（kx）与金膜表面的表面等离子体激元（SPP）的波矢（ksp）满足动量匹配条件（kx = ksp）时，入射光的大部分能量通过倏逝波被高效耦合转移至金膜表面的表面等离子体激元（SPP），引发自由电子沿界面方向的集体相干振荡。此时光能量被大量吸收，反射光强在共振角处出现极小值（反射谷）。当分子结合到金膜表面的生物传感层（如羧甲基葡聚糖基质）时，表面局域折射率升高，导致ksp增大，共振角正向移动；分子解离时折射率降低，共振角负向移动。通过实时监测共振角位移（Δθ）——在软件中转化为共振单位（RU）（1 RU = 0.0001° 共振角位移 ≈ 10-6 RIU折射率变化 ≈ 1 pg/mm² 质量变化），即可动态解析分子结合/解离动力学过程（图1）。

 

 

图1. Biacore系统使用SPR检测分子互作[2]

 

在传统SPR技术的基础上进行优化和拓展

 

       2011年，芬兰的BioNavis公司推出首款基于多参数表面等离子共振（MP-SPR）技术实现多波长同步测量的商业化仪器。其传感器芯片体系通过创新材质（银、铂、铜、铝、二氧化钛、二氧化硅、羧甲基葡聚糖、镍离子等）实现大幅扩展。和传统SPR分子互作仪相比，该仪器可以规避折射率干扰，适用于血清/组织裂解液等复杂基质，可以实现活细胞层面药物渗透动力学无标记实时监测。

 

       传统SPR分子互作仪 (例如Biacore)通常使用棱镜耦合，通过角度或波长扫描检测单个或几个位点的结合事件，虽然精度很高，但通量通常较低，一次实验只能分析一个或少数几个相互作用对。而基于SPR成像（SPR imaging，SPRi）的分子互作仪虽然精度低一些，却可以实现高通量检测。和固定波长扫描角度或者固定角度扫描波长的传统SPR相比，SPRi是在固定角度和固定波长的条件下用平行光源照射整个芯片，使用高分辨率相机实时捕获整个芯片区域的反射光强度变化图像。通过分析图像上所有独立位点的反射光强随时间的变化（分子结合导致芯片表面局部折射率变化 → 反射光强度改变），可以实时地获取所有位点上发生的分子结合和解离动力学数据。将SPRi技术和微流控技术结合以后可以并行实时地监测芯片上成百上千个独立位点的相互作用。Carterra公司的SPRi分子互作仪最高通量可以同时检测1个分析物和384个配体之间的相互作用。

 

       自2016年起，Nicoya等公司基于局域表面等离子共振（Localized SPR/LSPR）开发出小巧的台式分子互作仪。与传统SPR使用平面表面不同，LSPR是在纳米颗粒上激发的。LED白光照射金属纳米颗粒时，其连续光谱中与纳米颗粒匹配的特定波长会激发颗粒内自由电子发生集体相干振荡。共振导致该波长处消光（吸收+散射）显著增强，在光谱上形成特征共振峰。当分子结合至纳米颗粒表面（或从纳米颗粒表面解离）时，其局域表面介电环境（折射率）发生变化，导致共振峰位置发生红移（或蓝移）。通过实时监测共振峰位置的动态位移（Δλ），可解析分子结合/解离的动力学过程（图2）。

 

       采用LSPR技术的仪器无需传统SPR的大型光学组件和液体处理系统，仪器体积很小，并且对温度和体相折射率变化的敏感度更低。2020年，Nicoya公司推出了16通道的Alto仪器，该仪器利用数字微流控技术使样品在检测区域上方移动。我国的量准公司也基于LSPR推出了多款分子互作仪，最新的WeSPR 300是96通道并行检测通道，可以在10分钟内完成96对分子互作亲和力的测定和筛选。

 

 

 

 

 

 

图2. 使用局域表面等离子共振（LSPR）检测分子互作[3]

 

BLI简史

 

       在表面等离子共振（SPR）技术发展的同时，科学家们也积极探索其他无标记分子相互作用检测方法。虽然大部分尝试都失败了，但是生物膜干涉技术（Bio-Layer Interferometry, BLI）的商业化却大获成功。BLI的物理基础可追溯至1999年，S-W Kim和G-H Kim将白光扫描干涉技术（Wavelength-Scanning Interferometry, WSI） 应用于透明薄膜厚度轮廓测量领域。他们通过先进的频域分析和非线性拟合算法，成功地实现了对薄膜层双界面的同步、独立检测[4]。

 

       2001年，FortéBio公司成立，致力于将白光干涉原理创新性地应用于生物分子相互作用实时检测。其核心技术是开发了一种特殊的一次性光纤生物传感器探针（Dip and Read®）。探针末端包被特定功能层（如链霉亲和素、蛋白A/G等），为分子（配体）提供固定化表面。2006年，基于此技术的首款商业化Octet仪器正式发布。凭借其无需标记、免流路设计（显著简化操作）、高检测通量、仪器维护相对简便等显著优势，BLI技术迅速在抗体开发、药物筛选、生物工艺监控等制药、生物技术和学术研究领域获得广泛应用，市场占有率快速提升。2020年，Sartorius收购FortéBio后，持续投入研发，推出了新一代Octet® R系列平台（如R2/R4/R8/RH16/RH96系统）。该平台在灵敏度、检测通量、动态范围和易用性上进一步提升，并配备了更新的用户界面与更强大的数据分析软件。

 

       2017年，FortéBio公司的创始人再次回到BLI技术领域，重新成立了一家公司：Gator Bio（小鳄生物），致力于使用新一代BLI技术优化传感器表面，改进光学镀膜，大幅提升灵敏度和检测范围。短短几年时间，Gator Bio就开发出Gator Pilot、Gator Prime、Gator Plus、Gator Pivot和Gator Pro五款BLI分子互作仪和30多种传感器。Gator Bio拥有BLI的发明团队，技术服务水平行业一流。他们不仅在耗材方面能够根据客户特殊样本需求定制传感器，在仪器方面也能为前沿研究机构进行定制化开发。Gator Bio期望未来3-5年内在全球BLI市场中占据主导地位，不仅要夺取中国国内市场份额，更要在全球范围内成为领导者。

 

       总之，首台BLI分子互作仪问世至今虽然不足20年，但是其发展迅猛并取得了显著的成功。BLI有后来居上的趋势，目前和SPR一样，广泛应用在涉及分子互作的各个领域中。SPR和BLI这两种分子互作检测技术分别于2016年和2021年被美国药典收录，意味着BLI和SPR一样，数据准确性、重复性和灵敏度均已通过严格认证，满足药物研发与质量控制的严苛要求。

 

BLI原理

 

       生物膜干涉技术（Bio-Layer Interferometry，BLI）基于白光干涉技术（White Light Interferometry）原理。宽谱光源发出的白光近垂直入射到生物传感探针的末端表面（传感表面）。光线在其表面经历以下过程：在传感表面（第一界面，即末端功能层-液体界面），入射光发生部分反射（形成第一束反射光），部分透射进入末端固定层。透射光到达传感层（固定有配体分子的生物分子层）的远端（第二界面，即传感层-溶液界面） 时，再次发生部分反射（形成第二束反射光）。这两束反射光返回到探测器时，由于光程差不同而产生干涉。光谱仪记录下这组相干光形成的干涉光谱（通常表现为周期性振荡图谱）。

 

       关键的生物物理过程发生在传感表面：

 

       结合（Association）：当溶液中的分析物（Analyte）与固定在传感表面上的配体（Ligand） 结合时，传感表面生物分子层的厚度增加。

 

       解离（Dissociation）：当结合的复合物解离时，传感表面生物分子层的厚度减小。

 

       生物分子层厚度的细微变化（通常在nm级甚至亚nm级）会改变两束反射光之间的光程差。这直接导致其干涉光谱发生变化：光谱特征峰或谷的位置（波长λ）发生偏移（Δλ）。 结合时厚度增加，通常导致偏移向长波长方向移动（Δλ > 0）；解离时厚度减小，则偏移向短波长方向移动（Δλ < 0）。实时连续监测这个特征波长偏移（Δλ）随时间（t）的变化轨迹（即传感图谱 Sensorgram），即可实现对分子结合与解离过程的实时、无标记监测（图3）。 通过对传感图谱的定量分析，就可以获取分子互作的动力学参数以及亲和力参数，并可在一定条件下用于分析物浓度的测定。

 

 

 

 

图3. 使用BLI检测分子互作[5]

 

商业化分子互作仪有哪些？

 

       目前市场SPR主流设备还是Cytiva的Biacore系列，科研机构和企业里常用的Biacore T200和Biacore S200已经停产，其售后维保服务会持续到2030年6月30日。目前在售的仪器有入门级Biacore X100、Biacore T200和Biacore S200的替代品Biacore 1系列（Biacore 1K、Biacore 1K+、Biacore 1S+）和高通量型号Biacore 8K系列（Biacore 8K、Biacore 8K+）。Biacore 1系列和Biacore T200/S200相比增加了2个流通池至6个流通池，提高了50%的检测通量。Biacore 8K系列专为高通量、高灵敏度应用而设计，配备16个检测通道，可在亲和力、动力学、表位及浓度分析应用中提供无与伦比的效率与高质量数据。该系统可以在24小时内筛选2300个样本。深耕市场多年，Biacore系统的高灵敏度、高分辨率和高稳定性得到了广大用户的认可。经过30多年的发展，Biacore已成为无标记分子互作检测技术的金标准。当然，Biacore系统也有它的缺点，就是购买费用和售后维保费用都较高。

 

       Sartorius公司于2022年在原来两款SPR分子互作仪（Pioneer和Pioneer FE）基础上推出了一款全新的SPR仪器：Octet SF3 SPR，拥有3个流动通道，优化了流路系统，可以降低维保费用。该设备使用独有的OneStep®梯度进样（OneStep® Gradient Injections）模式，测定动力学数据只需要准备一个分析物浓度，可显著缩短实验开发时间，在不到24小时内完成768个分子的动力学测定。

 

       BRUKER公司在售的SPR分子互作仪有Sierra SPR-24 Pro、Sierra SPR-32 Pro和SPR #64这3款仪器，其8×3、8×4和8×8的检测模式和BioRad公司已经停产的ProteOn XPR36 6×6检测模式类似，允许一次实验同时检测多个分析物和多个配体之间的相互作用。

 

       XanTec bioanalytics GmbH公司也有三款产品在售：Reichert 2SPR、Reichert 3SPR和Reichert 4SPR，分别有2个、3个和4个通道。这些产品主打一个高性价比，5年持有成本比市场主流竞品节省30-70%。另一个卖点是可以分析含有全细胞的粗样品。

 

       Carterra公司将专利微流体技术与实时高通量表面等离子共振（HT-SPR）和行业领先的数据分析和可视化软件相结合，极大地加快了大分子和小分子药物的发现速度。最高通量可以同时检测1个分析物和384个配体之间的相互作用。和现有其他平台相比，可以在10%的时间内和使用1%样品的条件下获得100倍的通量。目前在售分子互作仪有Carterra LSA、Carterra LSAXT和Carterra Ultra。

 

       北京英柏生物科技有限公司（Inter-Bio）历时多年研制，突破多个技术痛点和难关，于2019年成功推出了国内第一台自主研发的商业化SPR分子互作仪MI-S200，此后推出了几款升级版MI-S200。MI-S200系列分子互作仪整体性能稳定，亲和力测定数据结果重复性高，和Biacore仪器获得的结果非常接近。MI-S200系列分子互作仪性价比高，自主研发的配套生物芯片等耗材和更加皮实耐用的微流路系统也都极大降低了用户的使用成本。目前在售型号有MI-S200E和 MI-S200F。

 

       极瞳生命科技（苏州）有限公司也开发了国产SPR系统，目前在售型号有：P4、P4 PRO、S-LITE（专业型）和S-CLASS（旗舰型）。P4和P4 PRO基于标准多孔板设计的4针8通道，支持4针平行或独立操作；S-LITE和S-CLASS基于标准多孔板设计的8针16通道，支持8针平行或独立操作。集成式微米级流路控制系统，确保了仪器具有超高灵敏度，从容应对各类复杂样品的高通量筛选和表征。

 

       Nicoya公司基于纳米结构传感器的局域表面等离子共振技术（LSPR）设计了小巧的台式SPR分子互作仪。OpenSPR系列可提供高质量、无标记相互作用分析结果。亲和力数据重复性和灵敏度高。而Alto系统则整合了数字微流控（DMF）及纳米技术，可适用于粗提样品，且无需维护。DMF技术能精准控制0.35 μL液滴，因此完成一轮亲和力实验只需2 μL样品。该系统具有灵活的16通道设计和直观的数据分析平台，方便用户使用并对实验过程进行实时优化。

 

       上海量准公司采用下一代表面等离子共振——纳米超表面等离子共振（MetaSPR）技术开发了多款SPR仪器，产品包括有：WeSPR One、WeSPR One Auto、WeSPR 100X、WeSPR 200、WeSPR HT8、WeSPR 300等多种型号，适用于生物分子的研究、发现或筛选应用。优势是持有成本较低。板孔式无流路设计，整机无需复杂的液路维护操作，即开即用，即关即走。兼容粗样品，无需进行样品预处理即可进行检测，提供更广泛的应用范围。最新的WeSPR 300是96通道并行检测通道，可以在10分钟内完成96对分子互作亲和力的测定和筛选。

 

       目前市场上基于BLI的分子互作仪主要有FortéBio/Sartorius的Octet系列和Gator Bio的Gator系列产品。FortéBio公司在被Sartorius收购之前推出的多款Octet系统（Octet QKe、Octet QK384、Octet RED96、Octet RED96e、Octet RED384、Octet HTX等）仍然被广泛使用。2020年，Sartorius收购FortéBio以后，推出了新一代Octet R系列平台。目前在售的Octet系列有：Octet N1、Octet R2、Octet R4、Octet R8、Octet R8e、Octet RH16、Octet RH96。Octet R8e是Octet系列中灵敏度和精确度最高的一款分子互作仪，能够精确检测小分子和低浓度分析物，优化蒸发控制功能可将样品浓度稳定维持长达16小时，适合检测缓慢结合或者缓慢解离的互作。该系统兼容384孔微孔板，可实现高通量检测，所需样品体积最低仅需 40 μL。而Octet RH96则是通量最高的Octet分子互作仪，可以同时分析96个样品，仅需数分钟即可完成整个96孔板中分析物的定量或结合分析。可以直接分析上清液或裂解液中的样本，在八小时内即可完成一个32x32表位分组实验。

 

       Gator Bio（小鳄生物）目前拥有Gator Pilot、Gator Prime、Gator Plus、Gator Pivot和Gator Pro这五款BLI分子互作仪和30多种传感器。Gator Plus可同时检测八个通道，该仪器经过优化后增强了基线的稳定性，拥有更高的信噪比，可为各种生物分子，包括小分子、抗体和其他蛋白质等各种复杂的分子对提供高质量的数据分析，还能轻松检测pM级别的亲和力。Gator Pro在这5款仪器中通量最高，具备32通道检测能力，3个样本板位（96或384孔板），单次运行最多可检测1152个样本，可以在八小时内完成一个32x32表位分组实验。

 

       总之，目前市场上流行的SPR和BLI分子互作仪是很多样化的，价格、精度和通量等方面各有不同。用户可以根据预算和实验需求来选择合适的分子互作仪。

 

分子互作的实验流程

 

       虽然SPR和BLI分子互作仪检测分子相互作用的操作方式有些不同（进样针注射样品流过芯片表面的微流体流通池 VS 光纤生物传感器探针“浸入”微幅振动样品板上的样品中），但它们实验流程基本相同。实验流程基本都包括以下这些步骤：基线走平、固定配体（ligand）、基线走平、分析物（analyte）和配体结合、分析物解离、芯片再生、数据分析。

 

       “固定”在sensor（SPR芯片或者BLI探针）表面的生物分子称为“配体”，和配体相互作用的分子称为“分析物”。配体可以通过氨基偶联等方法直接固定到sensor表面，很多时候还可以通过捕获分子间接固定。厂家提供了多种类型的sensor，方便科研人员根据自己的实验需求进行选择。固定好配体和基线走平以后，就可以让合适浓度的分析物和配体结合一段时间（一般0.5-5分钟），结合阶段结束以后让运行缓冲液流过芯片表面或者探针浸入运行缓冲液中，就可以让分析物从sensor表面的配体/分析物复合物上解离下来（解离时间视亲和力而定，一般介于1-60分钟）。芯片再生时使用合适的再生条件让分析物完全从配体上解离或者让分析物/配体完全从sensor表面解离（图4）。完成再生步骤以后就可以反复上样，进入下一个循环检测第二个浓度的分析物和配体之间的相互作用。多循环动力学（multiple-cycle kinetics）通常使用一系列不同浓度的分析物重复步骤结合-解离-再生的过程。

 

 

 

 

图4. 分子互作实验的一般流程[2]

 

       实验结束以后，使用分子互作仪配套的分析软件对实验数据进行处理，一般是对扣除零浓度信号以后的数据使用1：1结合模型进行拟合，可以获得一整套完整的动力学数据（结合速率常数ka、解离速率常数kd和平衡解离常数KD）。KD值越大，亲和力越低；KD值越小，亲和力越高。例如野生型T细胞受体（TCR）和相应的抗原肽-主要组织相容性复合体（pMHC）之间的亲和力较低，KD值一般介于10-5 - 3×10-4 M[6]。野生型TCR经过亲和力成熟以后，亲和力大幅度提升，KD值可达到pM级别。2022年上市的首款TCR疗法以及首款治疗实体肿瘤的双特异性T细胞接头药物Tebentafusp其TCR结构域和相应pMHC之间的亲和力较野生型TCR提高了一百万倍，Biacore分子互作仪测出来的KD值为24 pM，半衰期t1/2为27小时[7]，根据公式t1/2=ln(2)/kd计算出解离速率常数kd值大约为7.1×10-6 1/s，根据公式KD=kd/ka计算出结合速率常数ka值大约为3×105 1/Ms。

 

SPR分子互作仪和BLI分子互作仪亲和力测定结果差异大么？

 

       2008年，辉瑞公司的科研人员使用Octet QK、Biacore 3000和ProteOn XPR36分别对一个鼠抗CGRP单克隆抗体的Fab片段和固定在芯片表面的抗原之间的亲和力进行了测定[8]，结果表明三个平台测出来的亲和力数据之间没有显著的差异。但是早期型号的Octet QK由于精度比较有限，当分析物分子量比较小的时候，难以使用Octet QK直接测定。

 

       2016年的一项研究则同时使用4种分子互作仪（Biacore T100、ProteOn XPR36、Octet RED384和IBIS MX96）对10个高亲和力抗体和相应的抗原之间的亲和力进行了测定[9]。结果表明，SPR分子互作仪（Biacore T100和ProteOn XPR36）在数据质量和一致性方面表现优异，而BLI分子互作仪（Octet RED384）则展现出高度的灵活性和高通量，但在数据准确性和可重复性方面稍微差一些。

 

       2017年，Vishal Kamat和Ashique Rafique使用Octet HTX（BLI）、Biacore 4000（SPR）和MASS-1（SPRi）这3款分子互作仪分别对大量的抗体/抗原之间的亲和力进行了测定和比较[10]。结果表明，经过优化实验条件（抗体捕获量不高于0.6 nm）以后，使用Octet分子互作仪可以获得和SPR/SPRi分子互作仪类似的结果。他们还发现：在测定超高亲和力（解离速率很慢，kd值<5×10-5 1/s）方面，Octet HTX系统存在一定的挑战，为了克服解离阶段基线偏移的问题，建议测定时使用新的探针而不要使用再生的探针。

 

       总体而言，以Biacore为代表的SPR分子互作仪特别适合深度动力学研究（尤其适合测定KD值大于1 mM的超低亲和力和解离速率特别慢的超高亲和力）和小分子药物开发；而Octet为代表的BLI分子互作仪则更适合抗体库初筛、蛋白互作快速验证和工业化高通量场景。实际应用中，许多实验室会互补使用这两款不同类型的分子互作仪——BLI初筛后SPR深度验证。当然，现在的BLI分子互作仪也有精度很高和重复性很好的型号（Octet R8e和Gator Plus），和Biacore分子互作仪一样适合小分子到大分子之间mM-pM亲和力的测定。

 

SPR和BLI无标记检测技术的应用

 

       SPR和BLI无标记检测技术凭借其独特优势，在多个领域有着广泛应用[11-15]，为科研与产业发展带来了巨大变革。在生命科学基础研究中，它们帮助科研人员深入探索生物分子之间的奥秘，揭示生命活动的本质；在药物研发领域，显著加速了新药的研发进程，提高研发效率和成功率；在疾病诊断、食品安全检测和环境监测等领域，也可以发挥一定的作用，为保障公众健康和生态安全贡献力量。

 

       生命科学基础研究：在蛋白质-蛋白质相互作用研究里，能助力解析细胞信号传导通路中关键蛋白如何精准互作，研究免疫细胞激活时各类信号蛋白间的关联；DNA-蛋白质相互作用分析方面，可帮助探究转录因子与特定DNA序列结合的模式，明确基因表达调控的机制；抗体-抗原相互作用研究中，有助于评估抗体的特异性和亲和力，为免疫机制研究提供关键数据。

 

       药物研发：在药物靶点筛选环节，通过检测候选靶点与药物分子的结合情况，快速精准锁定有潜力的药物靶点；先导化合物优化时，能测定化合物与靶点结合的动力学参数，为优化药物分子结构、提升药效提供依据；在生物药质量控制上，可有效监测生物药与靶点的结合活性，保障药品质量和稳定性。

 

       疾病诊断：通过检测样本中病原体（如病毒、细菌）与特异性抗体或核酸探针的相互作用，实现传染病的快速诊断。灵敏捕捉血液、体液中微量肿瘤标志物（如癌胚抗原、前列腺特异性抗原）与对应抗体的结合信号，实现肿瘤的早期筛查和病情监测，为癌症的早诊早治提供依据。

 

       食品安全检测：能对食品中的农药残留、兽药残留进行高灵敏检测，例如快速测定蔬菜水果中的有机磷农药残留量；也可用于检测食品中的微生物污染，例如检测奶制品中的大肠杆菌等致病菌。

 

       环境监测：在检测环境污染物时，对水体中的重金属离子、有机污染物的检测灵敏度高，能及时发现水体污染情况。

 

结语和展望

 

       自第一台SPR分子互作仪上市35年以来，无标记实时检测技术已经取得了长足的发展。SPR和BLI作为两大核心的无标记生物分子相互作用检测技术，能够在接近自然生理状态的条件下，直接、灵敏且定量地揭示分子间结合的快慢、强弱和特异性。无论是深入探索生命活动的机制、加速新药研发的进程，还是确保生物制品的质量，SPR和BLI都以其独特的“无标记“优势，成为了现代生命科学研究和生物医药产业不可或缺的检测技术。

 

       随着科技的不断进步，SPR和BLI技术也在持续创新与发展。展望未来，SPR和BLI技术有望在检测灵敏度、通量、自动化程度以及与其他技术的联用等方面取得更大突破，进一步拓展应用场景，在未来生命科学探索和人类健康事业中发挥更加重要的作用。

 

 

 

参考文献: 1. https://www.sprpages.nl/2. Biacore的基础课程资料3. https://nicoyalife.com/products/spr-instruments/openspr/ 4. Seung-Woo Kim, Gee-Hong Kim. Thickness-profile measurement of transparent thin-film layers by whitelight scanning interferometry. Applied Optics, 1999, 38(28): 5968-5973. 5. Ana Jug, Tomaž Bratkovič, Janez Ilaš. Biolayer interferometry and its applications in drug discovery and development. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2024, 176: 117741. 6. Jennifer D. Stone, Adam S. Chervin, David H. Aggen, David M. Kranz. Chapter eight - T Cell Receptor Engineering. Methods in Enzymology, 2012, 503: 189-222. 7. Kimmtrack Assessment Report (EMA/206916/2022). 8. Yasmina Abdiche, Dan Malashock, Alanna Pinkerton, Jaume Pons. Determining kinetics and affinities of protein interactions using a parallel real-time label-free biosensor, the Octet. Analytical Biochemistry, 2008, 377(2): 209-217. 9. Danlin Yang, Ajit Singh, Helen Wu, Rachel Kroe-Barrett. Comparison of biosensor platforms in the evaluation of high affinity antibody-antigen binding kinetics. Analytical Biochemistry, 2016, 508: 78-96. 10. Vishal Kamat, Ashique Rafique. Designing binding kinetic assay on the bio-layer interferometry (BLI) biosensor to characterize antibody-antigen interactions. Analytical Biochemistry, 2017, 536: 16-31. 11. Jiří Homola. Surface Plasmon Resonance Sensors for Detection of Chemical and Biological Species. Chemical Reviews, 2008, 108(2): 462-493. 12. Noemi Bellassai, Roberta D'Agata, Vanessa Jungbluth, Giuseppe Spoto. Surface Plasmon Resonance for Biomarker Detection: Advances in Non-invasive Cancer Diagnosis. Frontiers in Chemistry, 2019, 7: Article 570. 13. Greg Hussack, Toya Nath Baral, Jason Baardsnes, Henk van Faassen, Shalini Raphael, Kevin A. Henry, Jianbing Zhang, C. Roger MacKenzie. A Novel Affinity Tag, ABTAG, and Its Application to the Affinity Screening of Single-Domain Antibodies Selected by Phage Display. Frontiers in Immunology, 2017, 8: Article 1406. 14. Latesh Lad, Sheila Clancy, Maria Kovalenko, Chian Liu, Terence Hui, Victoria Smith, Nikos Pagratis. High-Throughput Kinetic Screening of Hybridomas to Identify High-Affinity Antibodies Using Bio-Layer Interferometry. Journal of Biomolecular Screening, 2015, 20(4): 498-507. 15. Ryo Matsunaga, Kan Ujiie, Mayuko Inagaki, Jorge Fernández Pérez, Yoshiki Yasuda, Shinya Mimasu, Shinji Soga, Kouhei Tsumoto. High-throughput analysis system of interaction kinetics for data-driven antibody design. Scientific Reports, 2023, 13: Article 19417.