美学者发明反向散射干扰技术,实现分子活动情况“简单测”

美国Vanderbilt大学的化学家发明了一种简单技术能检测到游离的、未标记的生物大分子(包括蛋白质、糖类、抗体、DNA和RNA)之间的相互反应。这项新技术利用了已建立了15年的人类基因组测序研究所采用的方法。这项新技术可研究所有这些生物分子的实际活动情况,特别是它们之间是如何共同工作的。

这项新方法叫“反向散射干扰技术(BSI技术)”。通过发射一束红外光到装满两种分子混合液的显微容器中,就像条形码扫描仪一样工作,通过扫描就能够检测这两种分子反应产生的能量,即使这种反应非常微弱。

这种检查设备要求使用新型的传感器。它的大小非常合适,包括一个像杂货店条形码扫描仪似的氦氖激光、一个镜面、一个像数码相机里的CCD一样的检测器和一个特殊玻璃制的微缩芯片。这一芯片上含有一个只有人头发丝五十分之一大小的槽。在芯片的一端有一个Y字型通道,研究人员通过这个通道同时注射两种溶液,其中每种溶液中含有一种不同的分子。然后通过蜿蜒的通道使两种分子混合。最后,还有一个笔直的观测面,在那儿检测分子间相互反应。一束非聚焦的激光束在这一点上直接通过芯片上的小槽。光束在槽内来回反射100次。每次激光束撞击槽时,一些光透射出去返回到直接指向检测器的镜面。在那里形成了明暗交替的直线,研究人员称之为“干涉图”。

可以证明,干涉图对分子的行为非常敏感。比如,如果分子吸附在一起,图形就会发生变化。分子间的结合力越强,干涉图变化越大。这可以让设备系统测量相差百万倍的分子间相互作用力的变化。这种检测也就包括了所有生物系统中结合力的变化。该系统工作效果如此之好的原因直到现在还是个谜。研究人员知道,它可以反映出瞬间的屈光率变化,他们猜想,这可能与覆盖在蛋白表面的水分子重排有关,这种置换会使液体的密度发生轻微的改变,换句话说,就是改变了它的屈光率。 BSI技术较当前的技术而言,可能更有成本优势,“BSI所需的设备价格中等,而且整个系统可以很容易设计为小型化,或整合到实验芯片上。” Bornhop说,它也很容易被改装成高流量的操作系统,同时可以处理数百或数千的不同样本。

Vanderbilt大学已经为此技术申请了两个专利,还有几个专利正在申请中。该大学已经授予一家公司开发这项技术,这家公司准备在今年底完成原型系统的制备。