读懂 SPR：从光学原理到生物医药实际应用

一、什么是 SPR

       表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR），俗称表面离子共振，是无标记、实时动态监测分子相互作用的光学传感技术，也是抗体、多肽、小分子药物研发中分子互作检测的金标准工具。
       核心部件：镀金传感芯片、棱镜光学系统、微流控管路。
       原理简述：偏振光入射到芯片超薄金膜表面，激发金属表面自由电子集体振荡（表面等离子体波），产生特征共振角。当分子在芯片表面发生结合 / 解离，界面折射率发生微小改变，共振角随之偏移；仪器将角度变化转化为传感图（Sensorgram），实时输出结合、解离全过程，计算得到结合速率常数 ka、解离速率常数 kd、平衡解离常数 KD，KD 数值越小代表亲和力越强。

关键点：全程不用荧光、同位素标记分子，最大程度保留蛋白、抗体天然构象，不是终点法，全程动态观测反应过程。

二、标准实验流程

1. 芯片固定：将配体（抗原 / 抗体 / 多肽 / 适配体）共价偶联固定在金膜芯片表面；设置参考通道扣除非特异性结合、缓冲液背景干扰。
2. 基线平衡：缓冲液持续流过芯片，信号平稳建立基线。
3. 结合阶段：不同浓度的分析物通过微流控流过芯片表面，分子发生特异性结合，信号上升。
4. 解离阶段：切换纯缓冲液冲洗，分子逐步解离，信号回落。
5. 再生：用再生液洗脱结合的分析物，芯片恢复，可重复使用。
6. 数据拟合：软件拟合传感曲线，输出 ka、kd、KD 动力学参数。

三、生物医药领域主要应用

1. 抗体药物开发
   单抗、Fab、纳米抗体亲和力测定；抗体人源化、亲和力成熟前后活性比对；筛选阳性克隆；ADC 药物抗原结合能力评价。
2. 多肽与适配体研究
   PDC、订书肽、归巢肽、核酸适配体的结合动力学验证；文库淘选后阳性序列验证，筛除假阳性。
3. 小分子靶点药物
   小分子化合物与靶蛋白互作测定，筛选抑制剂，评价结合模式。
4. 蛋白‑蛋白相互作用 PPI
   验证 PPIs 复合物结合，辅助解析信号通路机制。
5. 工艺 QC 质量控制
   重组抗体批次间结合活性比对，用于 CMC 阶段质量评价。

四、SPR 的优缺点

✅优势

1. 无标记检测，避免标记基团改变分子活性；
2. 动力学信息完整，同时拿到 ka、kd、KD，不只得到平衡亲和力；
3. 灵敏度高，可检测弱相互作用到 pM 级别，适合快速结合‑解离的分子体系；
4. 实时动态曲线，可以区分特异性结合与非特异性吸附。

❌局限

1. 需要高纯度样品，杂质多容易造成芯片表面非特异吸附；
2. 依赖微流控系统，管路易堵塞，仪器维护成本高；
3. 配体需要固定在芯片表面，固定方式不当会造成蛋白构象失活，带来实验偏差；
4. 耗材芯片成本较高；样品流过管路后无法回收。

五、SPR vs BLI（生物层干涉），该怎么选

 

项目	SPR	BLI
检测方式	微流控流路	探针浸入式（Dip‑and‑Read）
动力学精度	高，适合 ka/kd 快速反应	中等，适合亲和力初筛排序
样品要求	高纯度，不适合粗样品	耐受粗提液、细胞上清，高通量初筛
耗材成本	芯片价格高	探针相对便宜
样品回收	不可回收	部分条件可回收样品

 

简单选型：需要精准动力学数据、做 KD 精细测定优先选 SPR；大量样本初筛、粗样品快速排序优先 BLI。

六、实验常见坑点

1. 配体固定量过高，产生空间位阻，分析物无法结合；
2. 忽略参考通道，把非特异吸附当成真实结合信号；
3. 再生条件过强，导致芯片上固定的配体失活，基线漂移；
4. 蛋白聚集，造成传感曲线异常抬升，数据拟合失真。

总结

       SPR 作为分子互作的经典金标准，最大价值不只是测出 KD 亲和力，更可以区分 “结合快” 还是 “解离慢”，为抗体、多肽、小分子药物分子优化提供动力学维度的依据。但实验对样品纯度、芯片固定条件、对照设置要求高，需要严谨对照排除假象，才能获得可靠的动力学数据。