質(zhì)量光度法(MP)是一種無標記的單分子質(zhì)量檢測技術(shù),基于對玻璃-水界面上單個粒子產(chǎn)生的散射信號的光學(xué)檢測來實現(xiàn)界面上粒子的計數(shù)。而來自單個蛋白質(zhì)等粒子的微弱散射信號,是由精密檢測器檢測到,在界面上數(shù)量級更高的玻璃反射背景下進行量化的。
單個分子產(chǎn)生的信號與分子的質(zhì)量成線性關(guān)系,為進行校準,可使用已知分子量的標準樣品為對比度分配質(zhì)量。因此,質(zhì)量光度法可準確提供未知樣品的質(zhì)量信息。
這種噪聲源于光的量子性質(zhì),導(dǎo)致到達探測器的光子數(shù)量隨機波動。如下圖所示,玻璃表面的反射會產(chǎn)生非常不均勻的圖像,這種不均勻性與鏡頭噪聲一起,成為噪聲信號的主要來源。此外,機械振動或漂移引起的背景波動也會影響數(shù)據(jù)質(zhì)量。
比率測量圖像中的特征來自與玻璃表面相互作用的單個分子。這些納米散射體比成像所用的波長小得多,因此用點散射函數(shù)(PSF)來表示。PSF描述了成像系統(tǒng)對點光源或點物體的響應(yīng),取決于成像波長和物鏡的數(shù)值孔徑(NA)。波長越短、NA越大,設(shè)備的PSF就越小。因此,在同一儀器上測量的不同質(zhì)量的分子會顯示出形狀相同但強度不同的PSF(下圖)。例如,甲狀腺球蛋白比牛血清白蛋白(BSA)大十倍,因此其信號要強十倍。在1分鐘的采集過程中,可檢測到數(shù)百個此類事件,即使是復(fù)雜的樣品,也能提供質(zhì)量分布的直接信息(下圖)。
重要的是,每個散射光信號必需要很好地分離,否則擬合誤差會因PSF在時間和空間上的重疊而使結(jié)果模糊不清。因此,必須將樣品濃度保持在可進行單分子檢測的水平(通常小于100 nM),所以我們在使用MP測量分子質(zhì)量時只需要極少量的樣品。
質(zhì)量光度直方圖中出現(xiàn)的單個或多個峰值可使用高斯近似進行擬合,峰值中心顯示的分子質(zhì)量表示該組分的測量質(zhì)量。
由于上述所述的測量誤差,測量質(zhì)量可能會偏離預(yù)期質(zhì)量。并且不僅樣品測量本身存在誤差,校準測量中的誤差也會最終導(dǎo)致偏差。通常情況下,誤差低于預(yù)期質(zhì)量的5%。我們可以通過多次重復(fù)實驗,平均各次實驗的誤差來更好地估計校準誤差,從而提高準確性。下圖顯示了預(yù)期分子質(zhì)量與質(zhì)量光度測量結(jié)果的相關(guān)性。
精確檢測和量化PSF的能力主要取決于測量圖像中的噪聲水平。平均計算測量影片的幀數(shù)越多,每幅圖像收集到的光斑數(shù)量就越多,從而降低了測量圖像中由鏡頭噪聲引起的波動,就能夠檢測到更小的蛋白質(zhì)。幀數(shù)增加的缺點是降低了時間分辨率,可能需要調(diào)整蛋白質(zhì)濃度,以避免每張平均圖像檢測到結(jié)合粒子的PSF重疊。
下圖顯示了蛋白質(zhì)A(42 kDa)和AAV粒子(約3.7MDa)產(chǎn)生的信號,后者產(chǎn)生的信號幾乎是前者的數(shù)百倍,這反映了質(zhì)量光度法具有非常寬的檢測限。
分辨率表示多峰值直方圖中峰值的區(qū)分度,這一重要參數(shù)與單個峰的寬度直接相關(guān),標準偏差通常為峰位的約10%。當(dāng)兩個峰中心之間的距離大于它們的半最大全寬(FWHM)之和時,就可以分辨出這兩個峰。如下圖顯示,在低質(zhì)量(66 kDa)的條件下,質(zhì)量光度法可分離出僅相差約25 kDa的兩個峰(BSA和蛋白質(zhì)A)。當(dāng)質(zhì)量較高時(甲狀腺球蛋白,670 kDa),由于甲狀腺球蛋白的FWHM較大(部分原因是樣品的糖基化程度較高),分辨率則將增加到約85 kDa。

Refeyn Two MP與 Refeyn SamuxMP是基于質(zhì)量光度法(MP)技術(shù)的臺式單分子質(zhì)量分析系統(tǒng),其機身緊湊,安裝簡便。僅需消耗幾微升樣品和潔凈的玻片,就能直接測量溶液中單個分子的質(zhì)量,并且無需任何標記,為生物分子檢測創(chuàng)造了無限可能。
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