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微量热泳动(microscale thermophoresis,MST),一种最新

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hot mirror来检测荧光。 (右图) 毛细管中的荧光可以通过光学二极管来成像,然后将加热中心的标准化荧光对时间绘图。红外激光在5s的时间点打开,然后荧光由于温度的增加而降低,荧光分子由于受到热泳动的作用而移出加热中心。

DNA适配子与凝血酶的结合。 (左图)未结合的适配子的热泳动运动与已同凝血酶结合的适配子的热泳动不同。(右图)所示为时间t=30秒时,在不同凝血酶浓度下,DNA适配子经标准化处理后的荧光信号,以形成用于Kd 拟合的结合曲线。阴性对照组中采用了单链DNA(ss DNA,图中蓝圈)。对照组中,未见标准化荧光信号随凝血酶浓度增加变化。

主要特点
样品处理方面:
☆ 不需要固定,在生物溶液中测量,无需纯化
☆ 无需标记测量
☆ 使用荧光染料/荧光蛋白具有良好的选择性
☆ 极低的样品消耗量
☆ 直接在脂质体或者去污剂中研究膜蛋白
☆ 研快速简单的实验准备

测量数据方面:
☆ 10分钟之内测量任何(生物)分子间亲和力(KD, 解离常数)
☆ 测量sub-nM到mM 级的解离常数
☆ 可以选择特定温度下完成测量
☆ 研究各种不同大小的分子:离子、片段、核小体、脂质体
☆ 可以在各种不同的溶液环境中完成测量,包括研究膜蛋白所需的复杂的去污剂环境
☆ 广泛的样品兼容性:天然的环境中、生理学实验条件、血清、细胞裂解液
☆ 可以研究多组分反应:三元复合物、装配顺序、干扰因素、协同作用、类似物
☆ 可以区分靶标上不同的结合位点
☆ 可以测量生物分子的寡聚化
☆ 研究化学计量学并确定生物分子结合位点的数目
☆ 研究结合能量学ΔG (自由能 ),ΔH (焓) 和ΔS (熵)
☆ 研究蛋白的折叠和稳定性

实验操作方面:
☆ 非常简单易操作
☆ 实时获得数据
☆ 非常稳定的技术

维护费用方面:
☆ 非常低的运行成本
☆ 不需要日常的仪器维护
☆ 更快得到数据用于发表文章
☆ 仪器小型化设计,占用空间少

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