《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：KinExA Biosensing Technology: Fundamentals and Applications for Quantitative Concentration Measurements in Diverse Fields
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摘要动力学排斥分析法（KinExA）是一种高度精确的溶液相分析技术，能够以极高的灵敏度、精准度检测分子间相互作用及分析物浓度，且受基质干扰极小。本综述系统分析了决定KinExA性能的理论原理、仪器设备、检测配置及分析能力，尤其强调了其独特的溶液相平衡检测模式——该模式避免了基于表
摘要
动力学排斥分析法（KinExA）是一种高度精确的溶液相分析技术，能够以极高的灵敏度、精准度检测分子间相互作用及分析物浓度，且受基质干扰极小。本综述系统分析了决定KinExA性能的理论原理、仪器设备、检测配置及分析能力，尤其强调了其独特的溶液相平衡检测模式——该模式避免了基于表面的检测技术的局限性，可可靠地分析高亲和力相互作用。此外，综述还介绍了KinExA在药物与生物医学分析、临床诊断、法医毒理学、环境监测、食品安全、重金属检测以及诊断微生物学等领域中日益广泛的应用。通过将基础生物物理概念与实际分析应用相结合，本综述确立了KinExA作为一种多功能且可靠的定量分析技术，为研究人员提供了全面参考，推动了其在科研及监管实验室中的广泛应用。
引言
KinExA技术是一种强大的分析技术，可用于精确定量评估分子间相互作用[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。该技术能够帮助研究人员测定从蛋白质-蛋白质到蛋白质-小分子等各种生物分子相互作用的结合亲和力、动力学参数及热力学特性。它的应用范围还涵盖小分子药物的发现以及大型生物制剂的研发。KinExA技术起源于20世纪90年代初，当时一些工程师对荧光衰减波导生物传感器在分析环境样本时的性能不满意，于是开始着手开发这一技术。其核心目标是克服传统平衡结合检测方法如放射免疫分析法及酶联免疫吸附试验的局限性，这类方法主要用于检测低亲和力相互作用或快速解离的复合物。KinExA技术的专利于1994年获批，首款商用仪器则于1995年面市[6]。
KinExA生物传感器是一种高灵敏度的自动化设备，可用于检测溶液中分子间伴侣（如抗体/抗原）之间的特异性结合作用。因此，它成为实时监测生物结合事件的理想工具。随着这些商用仪器的不断普及，KinExA技术在检测环境样本中的低分子量杂质方面展现出显著优势，同时也在大分子治疗及诊断领域得到应用[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。1996年，首篇详细描述商用KinExA生物传感器在定量分析抗原-抗体相互作用中应用的同行评审论文得以发表[8]。该仪器最初被用于分析蛋白质-配体相互作用，随后逐渐在各类研究及相关学科中变得不可或缺[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。自开发以来，KinExA生物传感技术不断得到改进和完善，带来了诸多优势以及广泛的应用前景。需要指出的是，尽管KinExA的定义和基本原理保持不变，但其检测方法可能存在一定的调整或创新。
章节节选
亲和力研究的理论与重要性
自从从麦芽大麦提取物中分离出第一种酶——二糖酶[17]以来，人类对生物学领域中分子功能、相互作用及结合机制的认识便有了显著提升。在生物系统中普遍存在的可逆结合现象，在基因调控、代谢调节、膜信号转导、免疫反应、细胞信号传导、生态动态以及抗原-抗体结合等多种过程中都发挥着关键作用。与简单的二元开关式作用不同
仪器简介
KinExA生物传感器是一种自动化仪器，用于检测特定结合伴侣（如抗体/抗原）之间的相互作用[3]。目前市面上有两种型号的KinExA仪器：KinExA? 3100/3200和KinExA? 4000。KinExA的工作原理及仪器结构分别如图1和图2所示。该生物传感器包含一个容量约为8微升的毛细管流动/观察池，池内装有可让各种溶液通过的微孔过滤膜
平衡检测法
在亲和力分析中，平衡解离常数（KD）是通过特定实验确定的，该数值可反映结合作用的强度。图5展示了KinExA检测中的平衡建立过程以及由此产生的典型结合曲线。在该分析过程中，首先将其中一个相互作用伴侣（配体）固定在固体载体（微球）上，这些微球会捕获另一个相互作用伴侣（受体）的未结合分子
协同结合效应
当抗体某个位点上的配体结合会影响另一个位点的亲和力时，就会出现协同结合现象，这种现象在约5%-10%的抗体中存在[78]、[79]、[80]。这种变构效应会导致抗体分为两类：未结合抗体和已结合一个配体的抗体，这两类抗体的亲和力各不相同。正协同效应会使结合曲线更加陡峭，而负协同效应则会使曲线变平，尤其是在[抗体]/KD比值较低时。这些效应有时会被误认为是浓度误差
KinExA的优势
KinExA为检测和定量分析生物分子相互作用提供了一种创新方法。以下特点凸显了这款先进生物传感器的优势：它在检测生物分子相互作用方面具有极高的灵敏度和特异性，甚至能够检测到最为微弱的相互作用，因此在药物发现初期、疾病诊断以及各类研究活动中都具有不可替代的价值。此外，其高特异性还能确保分析结果的准确性
表面等离子体共振技术
表面等离子体共振（SPR）是一种光学现象，入射光会在金属表面引发电子振荡，从而产生一种称为表面等离子体的共振波。SPR技术被广泛用于研究生物分子相互作用，大量文献都证明了它的实用性[82]。过去十年间，由于仪器设备及数据分析技术取得了重大进展，数据质量得到了显著提升，因此SPR技术的应用范围也不断扩大
投资与成本考量
在使用KinExA生物传感器时，需要认识到其成本会因使用规模、使用频率以及具体研究需求的不同而有所差异。只有综合考虑这些成本因素以及该技术带来的潜在收益，研究人员和机构才能做出明智的采用决策。主要的成本考量因素包括：（1）购置与维护费用：KinExA生物传感器属于高成本投入，其初始购置费用大约为15万美元
局限性与缺点
尽管KinExA技术具有诸多优势，但其局限性也不容忽视。主要存在的问题包括：
- (1)
适用范围有限：KinExA主要适用于配体-受体相互作用的分析，可能不太适合其他类型的分子相互作用，比如蛋白质-DNA结合或酶促反应检测。研究人员在决定是否采用该技术之前，应仔细评估其是否满足自身的研究需求。
- (2)
样品体积要求较高：KinExA通常
在制药与生物医学领域的应用
KinExA技术的应用能够生成精准可靠的检测数据，从而提升制药及生物医学领域的各项研究工作在安全性、有效性方面的表现[97]、[98]。
结论
KinExA生物传感技术现已发展成为一种强大且多功能的定量分析平台，可广泛应用于各类领域。由于它在完全溶液环境中进行检测，无需考虑质量传输限制以及基于表面的技术如SPR、BLI和ELISA常出现的表面诱导构象变化问题，因此能够在极高灵敏度和可靠性的前提下用于分析分子相互作用。它的
CRediT作者贡献说明
Ibrahim Darwish：撰写原始稿件、项目监督、资金获取、正式数据分析、数据整理、概念构思。Daohong Zhang：撰写文本的审阅与编辑工作、方法设计、正式数据分析、概念构思。Waleed Alahmad：撰写文本的审阅与编辑工作、实验验证、研究实施、正式数据分析、概念构思。Noha M. Hosny：撰写文本的审阅与编辑工作、实验验证、方法设计、研究实施、正式数据分析、数据整理、概念构思
利益冲突声明
所有作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者们特此感谢沙特国王大学 药学院的中央实验室为本章的研究工作提供的资金支持。
Ibrahim A. Darwish|Daohong Zhang|Waleed Alahmad|Noha M. Hosny
沙特阿拉伯利雅得-11451，邮政信箱2457，沙特国王大学药学院药物化学系
