IMECH-IR  > 国家微重力实验室
微流道芯片表面生物分子相互作用实时分析
Alternative TitleReal-time Analysis of Bimolecular Interaction on
郝文欣
Thesis Advisor靳刚
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline一般力学与力学基础
Abstract生物分子的相互作用是生命现象发生的基础:一切生命过程都是生物分子之间或生物分子和其它物质分子之间进行相互作用,导致物理和化学变化所引起的,如信号传导、免疫反应、酶与底物作用等。而实时观测生物分子的相互作用过程,不仅可以获得两种分子间是否发生相互作用,其特异性如何等信息;而且还可以获得相互作用的速率等动力学参数,揭示微观生命活动的规律。 目前,已经有表面等离子共振技术(SPR),酶联反应(ELISA),石英晶体微天平(QCM),全内反射椭偏成像生物传感器(TIRIE)等实验技术用于生物分子相互作用动态过程的检测。其中,TIRIE生物传感器是在全内反射椭偏成像光学基础上,结合微流道微反应器阵列技术和CCD成像建立起来的生物传感器系统,成功地实现了生物分子相互作用的实时检测,具有高灵敏度、高通量、实时检测等优点。为提高TIRIE生物传感器对生物分子相互作用动态参数的解析能力,我们尝试了常用的描述分子间相互作用的Langmuir吸附模型、随机吸附模型、扩散粒子模型和一级动力学反应模型。这些模型均属于后验型模型,需要在实验后引入所得实验结果才能够模拟动力学过程。这里就暴露出一个明显的问题即拟合的结合速率系数的正确性严重依赖于实验结果的质量,而可能偏离特异分子相互作用自身的结合速率系数。现有的后验模型无法预测结合速率系数。 本文基于微流道芯片反应器内生物分子相互作用动态过程的物理图像,引入结合速率系数的理论演绎,获得结合速率系数的表达式。 为了准确描述TIRIE生物传感器中生物分子相互作用,考虑到靶分子源源不断地输运到感应表面,感应表面配基分子的面密度随时间逐渐减小,甚至饱和,建立生物芯片表面配基分子与溶液中的靶分子之间相互作用动态过程的物理图像,引入描述物理图像的参数:配基分子面密度,靶分子浓度,流量,配基与靶分子相互作用的结合能,温度,配基分子与靶分子结合位点的截面积,基于如下假设:1.配基与靶分子一对一结合;2.传感表面特异性结合位点单层分布;3.靶分子浓度不随时间变化。采用热力学波尔兹曼数学方法,推导出结合速率系数的表达式,能够反映TIRIE生物传感器中生物分子相互作用的具体过程,具有预测结合速率系数的功能。 根据IgG与anti-IgG相互作用的实验,结合速率系数的实验值和预测值比较,在流量范围内,预测值与实验值具有良好的一致性,结合速率系数与流量正相关。在5μL/min流量条件下,不同靶分子浓度,结合速率系数的实验值与预测值之间存在不超过5%的偏差,可能来源于非特异性吸附,仪器噪声,理论与实际之间的误差及解离速率系数。 通过溶菌酶与Tris的弱相互作用的动态实验分析也可看到类似的结果,只是:实验值存在明显波动,同样的因素导致弱相互作用的动态实验分析信噪比下降和实验值与预测值之间绝对值的差异。
Call Number31096
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48991
Collection国家微重力实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
郝文欣. 微流道芯片表面生物分子相互作用实时分析[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
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