最新的分子间相互作用分析技术--微量热泳动

使用MST在天然的生物溶液中测定分子间相互作用摘要在人体内的蛋白互作反应与在体外的情况是不同的。

在研究蛋白功能和开发新药的时候这一点是很重要的。

在这篇文章中，我们介绍了一种高效，不限缓冲液的方法，即微量热泳动方法，这种方法可以分析蛋白分子或者小分子在生物液中的相互作用，比如血清或者细胞裂解液。

这种技术以分子的热泳动为基础，提供了分子大小，电话和水化层方面的信息。

我们用免疫学相关系统，包括人体干扰素γ，以及钙调蛋白和钙离子的相互作用验证了这种方法。

小分子抑制剂橡黄素和它的激酶PKA的亲和力分别在缓冲液和血清中进行测定，结果发现二者的亲和力在血清中下降了400倍左右。

生物体液对亲和力的影响给予蛋白功能研究更可靠的结论，有可能促进更多高效的药物开发。

结果实验方法实验设置是由红外激光通过红外分色镜被耦合至荧光激发/发射通道中而最终完成成像（Fig. 1a）。

激光通过物镜（此物镜也被用作进行荧光检测）聚集在样品上。

这样就能够在各种微流样品隔室里，比如毛细管或者微流通道里进行热泳动观察。

使用100um 直径的玻璃毛细管，以及500nl的体积使得消耗的样品量很低，而且有很高的重复性。

红外激光在25um的长度范围内产生一个空间上的温度分布。

温度与激光功率呈线性增长。

在150ms后，激光加热与散热达到平衡，得到一个差不多2-6K的稳态的温度增加。

温度上升引导了一个空间上的浓度分布，这个是可以根据与荧光染料共价结合的互作分子的荧光变化观察到的。

一般来说，每个蛋白分子的一个伯胺会被标记，所以染料的位置也是呈统计学的分布。

考虑到一个典型的蛋白分子里的赖氨酸数量，我们可以认为标记会影响结合的机率是很低的。

大部分蛋白分子被标记在远离结合位点的位置上，影响结合反应的只是小部分。

为了测量蛋白分子的热泳动过程，我们对初始状态与稳态之间的浓度变化进行测量。

所以可以得到样品的两个图像：在激光加热前的初始状态的图像，显示的是分子的同质均匀分布；第二个图像是激光加热数秒后的图像（Fig. 1b）。

1微量热泳动仪MST---最新的分子间相互作用分析仪微量热泳动技术微量热泳动技术Microscale Thermophoresis 通过测量微观温度梯度场中的分子移动来分析生物分子间的相互作用。

该技术能够测量出分子大小、电荷以及水化层变化引起的移动速度的改变，具有极高的灵敏度。

微量热泳动技术MST 具备以下主要特点： ∙ 快速：在10分钟之内测量解离常数∙高灵敏度范围：小到离子和片段的结合，达到复合物的作用均能测量（例如脂质体和核糖体） ∙实验多样性和稳健：可以再任何溶液之中完成测量，即使是复杂的去污剂溶液（膜受体） ∙接近天然的测量环境：可以在血清和细胞裂解液之中测量（NT.115） ∙高信息含量：可以直接反映出样品分子的聚合或者其他人为假象产生的结果 ∙完成各种物理学参数：亲和力、化学计量学、结合能 ∙ 低样品消耗量： < 4 µl @ nM 级别浓度 ∙ 游离状态完成测量：无需固定∙动力学范围：sub-nM 到mM （NT.115）；10nM 到mM （belFree ）级别的解离常数 ∙ 无需维护∙简单易操作：简单的样品准备和直观的软件界面2Monolith NT.115德国NanoTemper 公司提供两种微量热泳动仪： Monolith NT.115和Monolith belFree ，每款设备具有独特的特点和优势，方便用户根据需要选择适合的型号，且具有良好的互补性。

如果您对各种不同的样品的分析感兴趣，我们推荐您考虑同时使用两款设备。

NT.115： 通过荧光标记来完成测量：∙可以在各种缓冲液之中完成测量，包括像细胞裂解液之类的复杂的生物溶液 ∙使用荧光染料来完成测量，能够满足各种不同的结合实验需求（从离子结合到核糖体和组蛋白结合），灵敏度极高 ∙可以测量各种（生物）分子的相互作用，而不受限于他们的光谱学特性 ∙ 适用于sub-nM 到mM 级别的亲和力belFree ：测量内在荧光∙无需标记荧光标签，因此可以测量对于标记过程敏感的样品，例如一些跨膜受体 ∙系统非常灵敏，甚至是目标分子的微小基团的修饰变化也可以被测量到 ∙适用于各种反应，尤其是一个结合物的内在无荧光信号，，测量范围包括核酸、多肽、糖、小分子和很多蛋白 ∙适用于10nM 到mM 级别的亲和力Monolith belFree微量热泳动仪V08。

微量热泳动（microscalethermophoresis,MST），⼀种最新的⽣物⼤分。

微量热泳动仪-microscale thermophoresis (MST)是由总部设在慕尼⿊的德国⾼科技公司NanoTemper技术有限公司发明的设备。

2010年底的⼀篇Nautre的⽂章《Protein-binding assays in biological liquids using microscale thermophoresis》最先报道了NanoTemper公司创始⼈Dr. Stefan和 Dr. Philipp使⽤MST测量⽣物溶液中蛋⽩-蛋⽩之间的相互作⽤，引起了很多科研⼈员的极⼤兴趣。

微量热泳动（microscale thermophoresis,MST）是⼀种分析⽣物分⼦相互作⽤的技术。

这项技术基于⽣物分⼦的热泳动， nanotemper微量热泳动仪使⽤红外激光进⾏局部加热导致分⼦定向移动，继⽽通过荧光分析温度梯度场中的分⼦分布⽐。

MST技术能够检测到由于结合⽽引起的⽣物分⼦的⼤⼩、电荷和⽔化层的变化。

相互作⽤的过程可以在天然条件下，⽆需固定、任何⽣物溶液中完成测量。

MST在分析对象的⼤⼩范围和检测动⼒学范围等参数上是⽬前最优的技术。

此外，MST的适应性很强，适合不同的环境要求、不同的⽣物分⼦、不同的溶液环境（如膜蛋⽩等需要某些特殊溶液环境的样品）、缓冲和添加剂的类型可以⾃由选择（例如可以使⽤任何浓度DMSO等有机溶剂）、可以在复杂的⽣物溶液甚⾄细胞溶解液中完成⽽⽆需样品纯化。

通过MST可以测量不同的结合模式，包括⼆聚化、协同作⽤和竞争作⽤。

MST使⽤便宜的⽑细吸管作为耗材，样品⽤量少，避免了昂贵的样品消耗和繁琐的制备过程。

相对于其他的已有的测量分⼦间相互作⽤的技术，MST⼤⼤降低所需的实验成本。

热泳动实验 (左图) 通过聚焦的红外激光加热⽑细管之中的溶液，同时通过hotmirror来检测荧光。

微量热泳动技术原理及其在研究生物分子互作方面的应用艾秋实;曹向宇;赵芊;牛亚利;宋水山【摘要】微量热泳动（MST）技术是近年来兴起的一项用于研究生物分子间互作的新技术。

其检测是基于热泳动现象，即分子在温度梯度中的定向运动及由此引起分子性质的变化，如分子大小、电荷和水化层及构象等。

该方法把精确的荧光检测与灵敏的热泳动相结合，从而提供了一个灵敏的、快速的精确分析生物分子间互作的检测方法。

就MST的工作原理和检测过程及其在生物学研究中的应用作以综述。

%Microscale Thermophoresis(MST)is a new technique to study biomolecular interactions in recent years. It is based on thermophoresis, i.e., the directional movements of molecules in a temperature gradient, which results in subsequent changes of molecular properties such as sizes, charges, hydration shell and conformation. MST combines the precise fluorescence detection and sensitive thermophoresis and provides a sensitive, fast and precise detection technique to analyze biomolecular interactions. Wor king principle, detection process and application of MST in biology researches are reviewed here.【期刊名称】《生物技术通报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P67-73)【关键词】微量热泳动;互作分析;结合性研究;生物分子间互作【作者】艾秋实;曹向宇;赵芊;牛亚利;宋水山【作者单位】河北省科学院生物研究所，石家庄 050081; 河北农业大学生命科学学院，保定 071001; 河北省主要农作物病害微生物控制工程技术研究中心，石家庄 050081;河北省科学院生物研究所，石家庄 050081; 河北省主要农作物病害微生物控制工程技术研究中心，石家庄 050081;河北省科学院生物研究所，石家庄050081; 河北省主要农作物病害微生物控制工程技术研究中心，石家庄 050081;河北省科学院生物研究所，石家庄 050081; 河北省主要农作物病害微生物控制工程技术研究中心，石家庄 050081; 河北工业大学化工学院，天津 300130;河北省科学院生物研究所，石家庄 050081; 河北省主要农作物病害微生物控制工程技术研究中心，石家庄 050081【正文语种】中文研究生物分子的相互作用，对于探明生物体信号转导通路及调控机制、生理生化代谢途径具有重要意义。

微量热泳动仪使用说明书一、产品介绍微量热泳动仪是一种用于测量分子间相互作用的仪器设备。

它利用微量热技术，通过测量样品溶液中的热量变化来分析分子间的相互作用。

本仪器具有高灵敏度、高精度和高稳定性等特点，广泛应用于化学、生物、药学等领域的热力学研究和药物筛选等工作中。

二、主要组成部分及功能介绍1.控制系统：用于控制仪器的工作状态和参数设置，包括温度控制、搅拌控制等。

2.量热元件：用于测量溶液中的热量变化，对样品温度和热量变化进行精确测量。

3.搅拌装置：用于保持样品的均匀温度分布，以及加强溶液中分子的弥散效应。

4.数据采集与处理系统：用于对测得的数据进行采集、存储和分析处理，提供结果的显示和导出功能。

三、使用方法1.准备工作：将仪器放置在水平、无振动、无电磁干扰的环境中。

接通电源，并保证电源电压稳定。

打开仪器主机，初始化系统，并进行校准操作。

2.样品制备：按照实验需求制备好相应的溶液样品，确保样品浓度和体积的准确性。

3.装样操作：将样品溶液置于量热元件中，尽量避免气泡和污染物的存在，确保样品进入元件后尽快达到恒温状态。

4.参数设置：通过仪器控制系统设置实验参数，包括温度范围、测量间隔、搅拌速度等。

5.实验过程：启动仪器，开始进行热泳动实验。

实验过程中要保持样品溶液的温度稳定，避免外界因素对实验结果的影响。

6.数据处理：实验结束后，将采集到的数据导入数据采集与处理系统中，进行数据清洗、去噪和曲线拟合等处理，得到相应的热力学参数结果。

7.结果分析：根据得到的实验结果进行进一步分析，比对样品控制组、实验组之间的差异，判断相互作用的强度和特性。

8.实验后处理：清洁仪器，保养并储存仪器，准备下次实验使用。

四、注意事项1.严禁使用该仪器进行高温、高压等超出其工作范围的实验。

2.操作过程中应保持仪器表面干燥，防止水分进入仪器内部损坏元件。

3.使用前请仔细阅读并遵守产品说明书，正确使用仪器。

4.实验前应进行校准操作，确保仪器的准确性和可靠性。

作为你的文章写手，我将根据你提供的主题“MST微量热泳动对纯化蛋白的要求”，撰写一篇深度且具有广度的文章。

让我们来了解一下MST微量热泳动是什么以及它在蛋白纯化中的作用。

MST微量热泳动是一种高灵敏度的生物物理技术，可以用于研究分子间相互作用、蛋白质折叠、配体结合和酶动力学等过程。

在蛋白纯化过程中，MST微量热泳动能够帮助科研人员快速、准确地评估蛋白质样品的特性，如亲和力、稳定性和活性，从而为蛋白质表达、纯化和功能研究提供重要参考。

在纯化蛋白的过程中，MST微量热泳动对蛋白质的要求主要包括以下几个方面：1. 纯度要求：蛋白样品的纯度对MST微量热泳动的测试结果有着直接影响。

如果蛋白样品中存在杂质或其他未知成分，将会干扰MST测试的准确性和可靠性。

在进行MST测试之前，科研人员需要通过传统的蛋白纯化技术，如亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤等，确保蛋白样品的高纯度。

2. 活性要求：MST微量热泳动需要测试样品具有一定的活性，才能准确地评估蛋白质的特性。

在纯化过程中，科研人员需要尽量避免对蛋白质的活性产生不可逆的影响，例如避免过度离子强度、温度和pH值对蛋白的影响。

3. 浓度要求：蛋白样品的浓度也是进行MST微量热泳动的重要考虑因素之一。

通常来说，MST测试需要样品的浓度在一定范围内，过高或过低的浓度都会影响测试的结果。

在纯化过程中，科研人员需要通过浓缩、稀释等手段控制样品的浓度，以满足MST测试的要求。

从以上几点来看，MST微量热泳动对纯化蛋白的要求非常严格，需要样品达到高纯度、活性和适当的浓度。

在进行MST测试的过程中，科研人员还需要关注样品的稳定性、溶解度和相关的实验条件，以保证测试结果的准确性和可靠性。

对于我个人对于MST微量热泳动对纯化蛋白的要求的理解，我认为这种高灵敏度的生物物理技术为我们提供了一个全新的视角，可以帮助我们更加深入地了解蛋白质的特性和功能。

在未来的研究中，MST微量热泳动将会成为一个不可或缺的工具，为蛋白质相关研究的进展注入新的活力和动力。

生理过程中的生物分子相互作用及其动力学研究生物分子是生命的基本组成单元，它们的相互作用是维持生命活动的重要方式。

在生理过程中，生物分子之间的相互作用可以影响到生物体的正常功能。

因此，研究生物分子相互作用的动力学过程对于理解其生理作用具有重要意义。

一、基础理论1.1 分子相互作用的基本类型生物分子之间的相互作用主要包括静电相互作用、范德华相互作用、氢键、疏水相互作用等。

其中静电相互作用是通过带电基团之间的作用引起的，而范德华相互作用是由于电子云的相互作用引起的。

氢键是一种弱的相互作用，但在生物大分子的结构稳定性和功能方面具有重要的作用。

疏水作用是由于大分子或小分子的非极性区域引起的相互作用，是蛋白质三维结构维持的重要手段。

1.2 动力学在分子相互作用中，一般需要考虑相互作用的动力学过程。

动力学通常可以描述为两个分子之间的相互作用，并遵循相应的化学反应动力学公式。

这包括决定反应速率的碰撞频率和粒子之间的能量转移，以及反应的平衡位置和速率常数等。

这些动力学参数对于理解生物分子相互作用的本质和规律都非常重要。

二、生物学应用2.1 蛋白质相互作用蛋白质相互作用是生物分子相互作用的主要形式之一。

在生物体内，蛋白质的生物学功能通常需要与其他蛋白质发生相互作用。

这种相互作用对于细胞的代谢和信号传导等重要生物学过程起着重要作用。

研究蛋白质的相互作用及其动力学过程可以为新药物的设计提供理论基础。

例如，研究AR与其结合作用，有助于解决前列腺癌治疗的问题。

2.2 DNA-蛋白质相互作用DNA和蛋白质之间的相互作用是维持生命活动的关键过程。

在细胞分裂和重建其结构时，这种相互作用对于DNA的完整性和稳定性起着重要作用。

研究DNA-蛋白质相互作用的动力学过程，可以揭示DNA调节和蛋白质功能的相互作用机制，并有助于生物学研究的发展。

2.3 生物小分子相互作用除了蛋白质和DNA之外，许多小分子也参与了细胞代谢和信号传递等许多生物学过程。

微量热泳动仪原理微量热泳动仪啊，这可是个神奇的玩意儿！你可以把它想象成一个超级敏锐的“热量侦探”。

它的工作原理呢，就好像是在微观世界里进行一场有趣的“追逐游戏”。

样品分子在溶液里，就像是一群调皮的小孩子在玩耍。

当有温度梯度出现的时候，这些“小孩子”就会根据各自的特性开始行动啦！有的跑得快，有的跑得慢，而微量热泳动仪就能精准地捕捉到它们的一举一动。

比如说，有一种分子特别“活泼”，它在温度梯度下会快速地朝着某个方向移动，这就被微量热泳动仪给察觉到啦。

这就好比在一个大操场上，大家都在自由活动，但是有个特别显眼的人总是跑得特别快，一下子就能引起你的注意。

这仪器厉害的地方就在于它的超高灵敏度。

它能察觉到极其微小的热量变化，然后通过一系列复杂又精确的测量和计算，给我们呈现出各种有用的信息。

这就好像是它有一双超级锐利的眼睛，任何细微的变化都逃不过它的“法眼”。

你想想看，在那么小的微观世界里，它都能把一切搞得清清楚楚，是不是很了不起呢？它就像是一个默默工作的幕后英雄，为我们揭示着那些肉眼看不到的奥秘。

而且啊，微量热泳动仪在很多领域都大显身手呢！在生物学研究中，它可以帮助科学家们了解生物分子的特性和相互作用；在化学领域，它能为新物质的研究提供重要的数据支持。

它就像是一把万能钥匙，能打开好多知识的大门。

咱们平时可能觉得这些高科技的东西离我们很远，但其实它们就在默默地为我们的生活和科学进步做贡献呢！就像微量热泳动仪，虽然我们可能不会直接接触到它，但它的成果却可能会影响到我们生活的方方面面。

说不定哪天我们用的药、吃的食物，都有它的一份功劳呢！微量热泳动仪真的是一个让人惊叹的科学工具啊！它用自己独特的方式，在微观世界里探索着、发现着，为我们带来了无数的惊喜和收获。

难道我们不应该为它点赞吗？不应该对它充满敬意吗？它就是科学的魅力所在，让我们对这个世界有了更深入的了解，也让我们的未来充满了更多的可能！。

微量热泳动实验步骤
微量热泳动实验听起来好像很复杂，但别怕呀，咱一步一步来，其
实也没那么难。

首先呢，得把实验要用的各种东西准备好，就像战士上战场得把武
器装备齐全一样。

这可不能马虎，不然到时候缺这少那的，可就麻烦啦。

然后呢，就是样品的处理啦。

这就好比是给食材调味，得恰到好处，不然做出来的“菜”可就不好吃啦。

要仔细地处理样品，让它们处在最
佳状态。

接下来，把处理好的样品小心地放进仪器里，就像把宝贝放进保险
箱一样。

这个过程可得轻拿轻放，千万别磕着碰着了。

仪器开始工作啦，这时候你就静静地看着，就像看着一场精彩的表演。

你会看到各种数据在跳动，就像在跳舞一样。

在这个过程中，要时刻关注着，就像妈妈时刻关注着孩子一样。

稍
有不对劲儿，就得赶紧采取措施。

等实验结束了，可别着急庆祝，得先好好分析分析数据。

这数据就
像是宝藏的密码，得认真解读才能找到宝贝。

哎呀，想想看，要是每个步骤都能做得特别好，那得出的结果肯定特别棒！这就跟盖房子一样，一砖一瓦都得用心，最后才能盖出漂亮坚固的大房子。

做微量热泳动实验也是这样，每一个小细节都不能放过。

这可不是闹着玩的呀，稍微有点差错，可能结果就全变啦。

所以呀，做这个实验一定要有耐心，要细心，还要有信心！相信自己肯定能做好，那最后肯定能得到满意的结果。

怎么样，是不是感觉微量热泳动实验也没那么可怕啦？加油干吧！。

微量热泳动实验目的
微量热泳动实验是一种用于研究生物学、生物化学和药物研发领域的实验技术，其主要目的包括：
1. 研究生物化学反应，微量热泳动实验可以用来研究生物体内的生物化学反应，如酶的活性、蛋白质的结合和解离等过程，从而帮助科学家更好地理解生物体内的代谢过程。

2. 药物筛选和评价，该实验技术可以用于药物筛选和评价，通过监测药物与生物分子的相互作用，如药物与受体的结合等，从而评估药物的活性和效果。

3. 研究热力学参数，微量热泳动实验可以用来测定生物化学反应中的热力学参数，如焓变、熵变和自由能变化，为研究生物体内的能量转化过程提供重要信息。

4. 生物分子相互作用研究，该实验技术可以帮助科学家研究生物分子之间的相互作用，如蛋白质与核酸的结合、蛋白质与小分子的结合等，从而深入了解生物体内的分子交互机制。

总之，微量热泳动实验的主要目的是为了研究生物体内的生物化学反应、药物与生物分子的相互作用以及热力学参数，为生物学和药物研发领域的研究提供重要的实验数据和理论基础。

《分子热运动》热运动奥秘，科学探索在我们生活的这个世界里，看似平静的物质内部其实隐藏着无数微小粒子的狂热舞蹈，这就是分子热运动。

从我们呼吸的空气到手中的一杯水，从坚硬的金属到柔软的布料，分子热运动无处不在，影响着我们周围的一切。

让我们先来想象一个场景。

在一个阳光明媚的日子里，你打开一瓶香水，瞬间，那股迷人的香气便弥漫在整个房间。

这是为什么呢？其实，这就是分子热运动的一个直观表现。

香水中的分子在不停地做无规则运动，它们从瓶子里扩散出来，逐渐充满整个空间。

分子热运动是指一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。

这种运动是自发的，不受外界因素的直接控制。

而且，分子热运动的剧烈程度与温度密切相关。

温度越高，分子热运动就越剧烈；温度越低，分子热运动则相对减缓。

为了更深入地理解分子热运动，我们需要了解一些相关的概念。

首先是分子的大小。

分子非常非常小，小到我们用肉眼根本无法直接看到。

科学家们通过各种先进的技术手段，才能够对分子的大小和结构进行研究。

其次是分子间的相互作用力。

分子之间存在着引力和斥力，当分子间距离较小时，斥力起主要作用；当分子间距离较大时，引力起主要作用。

这种相互作用力在一定程度上影响着分子热运动的表现。

那么，分子热运动有哪些具体的表现呢？扩散现象就是一个典型的例子。

就像前面提到的香水扩散，还有将墨水滴入水中，墨水会逐渐在水中散开，使整杯水变色。

再比如，在墙角放上一堆煤，时间长了，墙壁也会变黑，这是煤分子扩散到墙壁中的结果。

布朗运动也是分子热运动的有力证据。

当我们用显微镜观察悬浮在液体中的花粉颗粒时，会发现花粉颗粒不停地做无规则运动。

这种运动并不是花粉颗粒自身的主动运动，而是由于周围液体分子的不断撞击，使得花粉颗粒被迫改变位置。

分子热运动对我们的日常生活有着重要的影响。

在工业生产中，许多工艺都依赖于对分子热运动的控制。

比如，在钢铁的冶炼过程中，需要控制温度来调节分子热运动的剧烈程度，从而改变钢铁的性能。

微量热泳动拟合曲线
微量热泳动（MST）是一种用于研究分子间相互作用的技术，它通过测量分子在微观温度梯度中的定向运动来获取信息。

MST 实验产生的数据可以通过拟合曲线来进行分析和解释。

拟合曲线通常用于将实验数据点连接起来，并描述数据变化的趋势。

在MST中，拟合曲线可以帮助我们理解分子间相互作用的强度、亲和力以及动力学参数等。

要生成MST的拟合曲线，首先需要收集一系列实验数据点，这些数据点通常是通过在不同的实验条件下进行MST测量获得的。

然后，可以使用适当的数学模型（如指数衰减、线性回归等）来拟合这些数据点。

拟合曲线的形状和参数可以提供关于分子间相互作用的重要信息。

例如，曲线的斜率可能表示相互作用的强度，而曲线的截距可能提供关于分子浓度的信息。

需要注意的是，生成准确的拟合曲线需要合适的实验设计和数据处理方法。

此外，解释拟合曲线的结果时，也需要考虑实验中的潜在误差和不确定性。

总之，微量热泳动拟合曲线是通过将实验数据点与适当的数学模型拟合而生成的，它可以帮助我们理解和解释分子间相互作用的结果。