相互作用及界面研究相關技術學習教案

1、會計學1第一頁，共68頁。Nucleic AcidsDNARNABiochemistryCarbohydratesSugarsPolysaccharidesLipidsFats and OilsMembranesProteinsAmino AcidsPeptide BondsNucleotidesPentose SugarsHetero-cyclic basesinformationtranslationstructure, storage, protein modificationlinked byconsist ofenergy storageStructuralFunctionalPho

2、sphateconsist ofcompartmentalizationenergywork分子(fnz)相互作用第1頁/共67頁第二頁，共68頁。By their friends, you shall know them!分子(fnz)相互作用第2頁/共67頁第三頁，共68頁。分子(fnz)相互作用舉例第3頁/共67頁第四頁，共68頁。分子識別：主體分子識別：主體(zht(zht) )對客體選擇性結合并對客體選擇性結合并產生某種特定功能的過產生某種特定功能的過程。程。鎖鎖鑰匙鑰匙分子(fnz)相互作用舉例蛋白質與配體的相互作用 第4頁/共67頁第五頁，共68頁。分子(fnz)相互作用舉例雙鏈

3、DNA之間的相互作用 第5頁/共67頁第六頁，共68頁。signalSignaling: protein proteinprotein lipidprotein signaling moleculeImmune system: protein proteinprotein carbohydrateReplication:DNA DNADNA protein Interactions第6頁/共67頁第七頁，共68頁。分子(fnz)相互作用的力第7頁/共67頁第八頁，共68頁。免疫免疫(miny)共沉淀共沉淀熒光共振轉移熒光共振轉移(zhuny)技術技術噬菌體展示噬菌體展示(zhnsh)技術技術酵

4、母雙雜交技術酵母雙雜交技術基因外抑制子基因外抑制子合成致死篩選合成致死篩選分子生物學方分子生物學方法法親和印跡親和印跡Pull down 試驗試驗遺傳學方法遺傳學方法分子相互作用研究方法分子相互作用研究方法生物物理學方法生物物理學方法表面等離子共振表面等離子共振化學交聯化學交聯微量熱技術微量熱技術分子相互作用的研究方法第8頁/共67頁第九頁，共68頁。表面等離子體共振技術（表面等離子體共振技術（Surface plasmon resonance，SPR）是通過）是通過測量固測量固-液界面折射率的變化來對分子液界面折射率的變化來對分子的相互作用進行分析的相互作用進行分析(fnx)研究的一種研究的

5、一種技術手段。技術手段。SPR技術(jsh)第9頁/共67頁第十頁，共68頁。SPR簡史1902年，年，Wood在光學在光學(gungxu)實驗中發(fā)現實驗中發(fā)現SPR現象現象1941年，年，Fano解釋了解釋了SPR現象現象1971年，年，Kretschmann結構為結構為SPR傳感器奠定了基礎傳感器奠定了基礎1982年，年，Lundstrm將將SPR用于氣體的傳感（第一次）用于氣體的傳感（第一次）1983年，年，liedberg將將SPR用于用于IgG與其抗原的反應測定與其抗原的反應測定1987年，年，Knoll等人開始等人開始SPR成像研究成像研究1990年，年，Biacore AB公司開

6、發(fā)出首臺商品化公司開發(fā)出首臺商品化SPR儀器儀器 表面表面(biomin)等離子體共振（等離子體共振（Surface plasmon resonance，SPR），又稱表面），又稱表面(biomin)等離子體子共振，表面等離子體子共振，表面(biomin)等離激元共振，是一種物理光學現象，有關儀器和應等離激元共振，是一種物理光學現象，有關儀器和應用技術已經成為物理學、化學和生物學研究的重要工具。用技術已經成為物理學、化學和生物學研究的重要工具。 第10頁/共67頁第十一頁，共68頁。的等離子體相似，因此可以把金屬看作是一種電荷密度很高的低溫（室溫）等離子體，而氣體放電中的等離子體是一種高溫等離

7、子體，電荷密度比金屬中的低。金屬板中電子(dinz)氣的位移 （上）金屬（上）金屬(jnsh)離子（離子（+）位于）位于“電子海洋電子海洋”中（灰色背景），（下）電子集體向右移動中（灰色背景），（下）電子集體向右移動基本原理等離子體等離子體第11頁/共67頁第十二頁，共68頁?；驹淼?2頁/共67頁第十三頁，共68頁。基本原理Total internal Reflection金金石英基體石英基體 100% 強度強度100% 強度強度100% 強度強度6 % 強度強度Sample表面等離子波表面等離子波表面等離子共振波表面等離子共振波第13頁/共67頁第十四頁，共68頁?？贵w抗體(kngt)

8、 抗原抗原 相互作用相互作用+Kasskdiss 抗體(kngt) 抗原 復合物 Ab:Ag基本原理第14頁/共67頁第十五頁，共68頁。 金金石英石英(shyng)基基體體 100% 強度強度6% intensity100% 強度強度(qingd)100% 強度強度6 % 強度強度基本原理第15頁/共67頁第十六頁，共68頁。X- 軸軸: 角度角度(jiod)Y-軸軸相對相對(xingdu)反射率反射率(%)基本原理 SPR共振共振(gngzhn)角角第16頁/共67頁第十七頁，共68頁。儀器檢測儀器檢測SPR角度變化角度變化, 進而進而(jn r)告訴我們表面發(fā)生的變化告訴我們表面發(fā)生的變

9、化: = 120m 0.001的折射率變化的折射率變化, 或者或者 1 ng/mm2 的表面吸的表面吸附附(儀器激光照射點的面積為儀器激光照射點的面積為2.5mm2)基本原理第17頁/共67頁第十八頁，共68頁。ni: Refractive Index in Each Medium (i: 1=Prism, 2=Metal, 3=Sample) : Incident Angle of LightIncidentLightDetectorn1n2n3Kretschmann ConfigurationResonance Angle ShiftRefractive Index Change ofSe

10、nsing Layer on ChipResonance Angle ChangeMolecular InteractionResonance Condition基本原理第18頁/共67頁第十九頁，共68頁?；驹?. 解離段 5. 再生(zishng)段6. 重回基線134562第19頁/共67頁第二十頁，共68頁。SPR儀測量測量(cling)池池鍍金鍍金(d jn)膜膜二極管檢測器二極管檢測器折射折射(zhsh)鏡鏡 激光激光偏振濾鏡偏振濾鏡掃描鏡掃描鏡透鏡透鏡旋轉手柄旋轉手柄緊固螺栓緊固螺栓光學系統光學系統第20頁/共67頁第二十一頁，共68頁。SPR儀第21頁/共67頁第二十二頁，

11、共68頁?；旌媳没旌媳?蠕動泵蠕動泵測量測量(cling)池池SPR儀第22頁/共67頁第二十三頁，共68頁。SPR測量測量(cling)池池SPR儀第23頁/共67頁第二十四頁，共68頁。SPR儀第24頁/共67頁第二十五頁，共68頁。BK-7 玻璃玻璃(b l), n = 1.52 1 mm 厚度厚度浸沒浸沒(jn mi)油油, 折射率折射率n = 1.518半圓柱半圓柱(yunzh)棱棱鏡鏡44單色激光單色激光, 670 nm (波長波長)Au, 鍍金膜鍍金膜, 50 nm 厚度厚度鍍金片鍍金片鈦涂層鈦涂層, 1.5 nm 厚度厚度. 將金粘結到玻璃片上的載體層將金粘結到玻璃片上的載體層

12、.SPR儀溶溶 液液第25頁/共67頁第二十六頁，共68頁。Activation: EDC: N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide NHS: N-hydroxysuccinimideAu巰基十一巰基十一(ShY)酸酸SHOHOSHOHOSHOHOSHOHOSPR的應用(yngyng)第26頁/共67頁第二十七頁，共68頁。抗體抗體(kngt)封閉封閉: 氨基氨基(nj)乙酸乙酸(也叫甘氨酸也叫甘氨酸)或乙或乙醇胺醇胺Au巰基十一巰基十一(ShY)酸酸SHOHOSHOHOSHOHOSHOHOSPR的應用第27頁/共67頁第二十八頁，共68頁。

13、抗體抗體(kngt)Au巰基十一巰基十一(ShY)酸酸SHOHOSHOHOSHOHOSHOHO抗原抗原(kngyun)SPR的應用第28頁/共67頁第二十九頁，共68頁。Biotin-thiolEthylene glycol-thiolBiotinStreptavidinssDNA-biotinTarget DNAOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOH OHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOH OHOHhybridizationOHSPR的應用(yngyng)第29頁/共67頁第三十頁，共68頁。SPR的應用(yngyng)第30頁/共67頁第三十一頁，共68頁。Ob

14、esityDiabetesAutoimmuneDiseaseInfectious diseaseHIVVirusesFungi, protozoa, parasitesBacteriaCancerParkinsonsDepressionMetabolicNeuroscienceAlzheimersRheumatoid arthritisMalariaTBInfluenzaYellow feverDengueAntibiotic resistanceCardio-vascularRespiratorySPR的應用(yngyng)第31頁/共67頁第三十二頁，共68頁。ObesityDiabete

15、sAutoimmuneDiseaseInfectious diseaseHIVVirusesFungi, protozoa, parasitesBacteriaCancerParkinsonsDepressionMetabolicNeuroscienceAlzheimersRheumatoid arthritisMalariaTBInfluenzaYellow feverDengueAntibiotic resistanceCardio-vascularRespiratoryVirus cell recognitionAntibody antigen interactionDrug recep

16、tor bindingSPR的應用(yngyng)第32頁/共67頁第三十三頁，共68頁。SPR的應用(yngyng)第33頁/共67頁第三十四頁，共68頁。COOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCOOHCONHCOOHCONHCONHCOOHRBPADPNVSFHSARBPADPNVSFHSARBPRBPHSAtimeangleCOOHSPR的應用(yngyng)第34頁/共67頁第三十五頁，共68頁。SPR的應用(yngyng)第35頁/共67頁第三十六頁，共68頁。SPR的應用(yngyng)第36頁/共6

17、7頁第三十七頁，共68頁。estradiol4-hydroxytamoxifenSPR的應用(yngyng)第37頁/共67頁第三十八頁，共68頁。EREgeneERestrogencoactivatorsRNA polymeraseSPR的應用(yngyng)第38頁/共67頁第三十九頁，共68頁。EREgeneERIncreased cell proliferation and cancerRNASPR的應用(yngyng)第39頁/共67頁第四十頁，共68頁。EREgeneERtamoxifencoactivatorsRNA polymeraseNo increased cell pro

18、liferation and no cancerSPR的應用(yngyng)第40頁/共67頁第四十一頁，共68頁。SPR的應用(yngyng)第41頁/共67頁第四十二頁，共68頁。場效應管、等等）及信號放大裝置構成的分析工具(gngj)或系統。第42頁/共67頁第四十三頁，共68頁。- Real-Time Monitoring- Non-Labeling Technique- Highly Sensitive Detection- Non-Invasive Optical TechniqueBiosensorSignal TransducerElectrochemicalOpticalTh

19、ermalMechanicalSurface Plasmon Resonance(SPR)FluorescenceChemiluminescence生物(shngw)傳感器第43頁/共67頁第四十四頁，共68頁。電化學生物電化學生物(shngw)傳感器傳感器第44頁/共67頁第四十五頁，共68頁。原電池與電解池基本原理電化學生物電化學生物(shngw)傳感器基本都運用電解池！傳感器基本都運用電解池！第45頁/共67頁第四十六頁，共68頁。電極：在電化學電池中賴以進行電極反應和傳導電流電極：在電化學電池中賴以進行電極反應和傳導電流從而構成從而構成(guchng)回路的部分?；芈返牟糠?。基本原理第

20、46頁/共67頁第四十七頁，共68頁。玻碳電極(dinj)基本原理參比電極飽和(boh)甘汞電極Ag/AgCl電極對電極鉑片電極鉑絲電極絕對電極電位無法得絕對電極電位無法得到，因此只能以一共到，因此只能以一共同參比電極的標準電同參比電極的標準電極電勢為參照進行測極電勢為參照進行測量。量。對電極一般使用惰性對電極一般使用惰性貴金屬材料，以免在貴金屬材料，以免在此表面發(fā)生化學反應此表面發(fā)生化學反應，用于與工作電極形，用于與工作電極形成回路。成回路。工作電極，是三電工作電極，是三電極中，最為重要的極中，最為重要的一個，需要關注的一個，需要關注的化學和生物過程均化學和生物過程均在此電極上發(fā)生。在此電極

21、上發(fā)生。第47頁/共67頁第四十八頁，共68頁?；驹淼?8頁/共67頁第四十九頁，共68頁。電化學信號(xnho)第49頁/共67頁第五十頁，共68頁。Fe(CN)63- + e = Fe(CN)64-Fe(CN)64- - e = Fe(CN)63-電化學信號(xnho)第50頁/共67頁第五十一頁，共68頁。氧化氧化(ynghu)過程過程還原過程還原過程電位可定性！電位可定性！電流可定量！電流可定量！電化學信號第51頁/共67頁第五十二頁，共68頁。定性定性(dng xng)研究不同的酚酸類物質研究不同的酚酸類物質第52頁/共67頁第五十三頁，共68頁。最成功最成功(chnggng)的

22、生物傳感器的生物傳感器血糖儀血糖儀定量分析(dnglingfnx)生物傳感器基于基于(jy)酶催化的生物傳感器酶催化的生物傳感器第53頁/共67頁第五十四頁，共68頁。定量分析(dnglingfnx)生物傳感器第54頁/共67頁第五十五頁，共68頁?；瘜W反應(huxu fnyng)H2O2 + 2Fe2+ + 2H+ 2Fe3+ + 2H2O 電極(dinj)反應(1) Fe2+ - e- Fe3+產生氧化峰(2) Fe3+ + e- Fe2+ 產生還原峰化學反應導致Fe3+增多，Fe2+減少，從而使得電極反應中(2)加強，還原峰增大；(1)減弱，氧化峰減小PS. 儀器測量的是電化學反應，即電

23、極得失電子的情況！定量分析生物傳感器第55頁/共67頁第五十六頁，共68頁。基于基于(jy)核酸雜交的生物傳感器核酸雜交的生物傳感器定量分析(dnglingfnx)生物傳感器第56頁/共67頁第五十七頁，共68頁。亞甲基藍亞甲基藍定量分析(dnglingfnx)生物傳感器第57頁/共67頁第五十八頁，共68頁。定量分析(dnglingfnx)生物傳感器第58頁/共67頁第五十九頁，共68頁。Label-Free Electrochemical Detection of DNA in Blood Serum via Target-Induced Resolution of an Electrode-Bound DNA Ps