技术原理

石英晶体微天平---QCM技术

        石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance－QCM）的发展始于上世纪60年代初期，它是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级，比灵敏度在微克级的电子微天平高100 倍，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体微天平利用了石英晶体谐振器的压电特性，将石英晶振电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据。

        ATTANA利用QCM技术，通过石英谐振器频率的变化感知芯片表面质量的变化，生成感应曲线，其敏感度可达到分子水平。实验时，只需将细胞，抗原或抗体等包被于芯片表面，将含有与之互作分子的溶液流过芯片表面，石英谐振器即可检测分子间结合﹑解离等整个变化过程，生成一张传感图，提供动力学亲和力等数据分析。

产品应用/特点

ATTANA 应用

        众所周知，药物研发是一个费时费力的过程。为了最大程度的节省人力物力以及时间，科学家一直在寻求在药物研发的早期验证并去除不合适的药物候选物的方法。ATTANA通过高通量验证药物候选物，加快了药物筛选的进程，使得在药物研发早期提出不适合的候选物，节省研发成本与时间成为可能。 

        ATTANA是世界上第一台可以在细胞表面直接检测无标记分子间相互作用的生物传感器，它的出现填补了传统研究分子间相互作用仪器及基于细胞的检测之间的空白。

细胞&生化检测-双重应用

核心应用：

• 细胞表面的动力学反应
• 抗原抗体反应
• 竞争力分析
• 配体垂钓
• 抗原表位定位等

ATTANA特点1 –直接进行细胞层面的检测

实验目的：

        研究为用于特定免疫治疗乳腺癌或卵巢癌而设计异构化的曲妥珠单抗的特性。

实验结果：

        ATTANA的实验数据显示，异构化后的曲妥珠单抗会与细胞表面抗原进行非特异性结合。

被修饰后曲妥珠单抗的特性：

        通过传统分子间相互作用仪研究方法分别研究曲妥珠单抗（图A）与修饰后的的曲妥珠单抗（图B）与包被于芯片上的HER2抗原的结合力与结合特性。

        该研究随后转入细胞层面，将表达HER2的癌细胞包被于芯片，发现尽管曲妥珠单抗（图C;KD=2.5nM）与HER2的亲和力与文献一致,但修饰后的曲妥珠单抗（图D）展现了与细胞表面抗原非特异性结合的特性。

ATTANA特点2 –针对原样进行高通量检测

        通过Attana，科学家可以通过对原样的分析（高致 100%的血清或细胞裂解液）及实验中温度的控制，最大程度地还原体内环境，实验所得细胞与分子间的生物化学反应数据最为真实可靠。

        通过消除样本的纯化、标记或预处理，ATTANA加快了分子及克隆筛选和免疫反应的监控，最大程度节约研发时间。同时，ATTANA的生物传感器可以被用于研究反应特异性﹑亲和力﹑动力学参数及其他生化结合特性, 亦可以用于研究不同细胞﹑抗体﹑蛋白﹑病毒及细菌的宏观结构。

应用：

实验目的：

        使用ATTANA 200系统以及低非特异性结合表面建立一个快速决定解离常数（kd）的方法,从而对可以与一个配体发生反应的细菌裂解液中的支架蛋白进行分级。

实验结果 &结论：

        建立的方法可以轻易的根据解离常数（kd）将反应分级。该方法允许在无人为看护的状况下，检测192个样本（图A）。在细胞裂解液与芯片表面间无非特异性结合被检测到（图B）。该方法可以被用作克隆的筛选﹑生物标记物的研发﹑疫苗的筛选制备﹑生物制造研究等生物学相关领域。

图：

        含有不同细胞支架蛋白的E.coli裂解液与配体的结合曲线。图A：与包被抗原反应；图B：与参照物反应；图A-B:与包被抗原反应

耗材

芯片

COP-1 sensor chip

     COP-1传感器芯片

LNB-Carboxyl sensor chip

     LNB-羧基传感器芯片

Carboxyl sensor chip

     羧基传感器芯片

Biotin sensor chip

     生物素传感器芯片

Polystyrene sensor chip

聚苯乙烯传感器芯片

试剂盒

Amine Coupling Kit 
氨基偶联试剂盒LNB-羧基传感器芯片或羧基传感器芯片合用

Mouse IgG Capture Kit 
小鼠IgG抗体捕捉试剂盒与LNB-羧基传感器芯片（或羧基传感器芯片)以及氨基偶联试剂盒合用

Human IgG Capture Kit 
人IgG抗体捕捉试剂盒与LNB-羧基传感器芯片（或羧基传感器芯片）以及氨基偶联试剂盒合用

Streptavidin reagent 
与生物素传感器芯片合用

HBS-T 10x Running Buffer  HBS-T 10x缓冲液

产品规格

参考文献

• Innovations in Pharmaceutical Technology, 2013, Issue 46, 48-51Talking Sense – A combined biochemical and cell-based biosensorT. Aastrup
• Anal Bioanal Chem 4 April 2014, DOI 10.1007/s00216-014-7821-9Partial-filling affinity capillary electrophoresis and quartz crystal microbalance with adsorption energy distribution calculations in the study of biomolecular interactions with apolipoprotein E as interaction partnerLipponen, T?hk?, Samuelsson,Jauhiainen, Metso, Cilpa-Karhu, Fornstedt, Kostiainen, Riekkola
• Biosensors 2014, 4(2), 137-149A Phage Display Screening Derived Peptide with Affinity for the Adeninyl MoietyElmlund, S?derberg, Suriyanarayanan, Nicholls
• Chem. Commun., 2014, 50, 731-733Entropy-driven lectin-recognition of multivalent glycovesiclesZineb Mouline, Eugene Mahon, Emeline Gomez, Veronique Barragan-Montero, Jean-Louis Montero and Mihail Barboiu
• Analytical Biochemistry 443 (2013) 139–147Three complementary techniques for the clarification of temperature effect on low-density lipoprotein–chondroitin-6-sulfate interactionCilpa-Karhu, Lipponen, Samuelsson, ??rni, Fornstedt, Riekkola
• Biosens Bioelectron. 2014 Mar 15;53:154-9Atmospheric pressure plasma polymers fortuned QCM detection of protein adhesionRusu, Asandulesa, Topala, Pohoata, Dumitrascu, Barboiu
• J Nanobiotechnology. 2014 Mar 21;12:8Biotin selective polymer nano-filmsElmlund, Suriyanarayanan, Wiklander, Aastrup, Nicholls
• Chem. Eur. J. 2014, 20, 1–7Multivalent Recognition of Concanavalin?A by {Mo132} Glyconanocapsules-Toward Biomimetic Hybrid MultilayersBarboiu, Mouline, Silion, Licsandru, Simionescu, Mahon, Pinteala
• PLoS ONE 8(8): e72156 August 19, 2013Antagonistic TNF Receptor One-Specific Antibody (ATROSAB): Receptor Binding and In Vitro BioactivityRichter, Liebig, Guenzi, Herrmann, Scheurich, Pfizenmaier, Kontermann
• Protein Engineering, Design & Selection, 8 August, 2013An anti-TNFR1 scFv-HSA fusion protein as selective antagonist of TNF actionVerena Berger, Fabian Richter, Kirstin Zettlitz, Felix Unverdorben, Peter Scheurich, Andreas Herrmann, Klaus Pfizenmaier and Roland E. Kontermann
• J Virol. 2013 Jul;87(13):7747-53Protection by immunoglobulin dual-affinity retargeting antibodies against dengue virusBrien, Sukupolvi-Petty, Williams, Lam, Schmid, Johnson, Harris, Diamond
• Antibody Engineering and Therapeutics Conference - The Annual Meeting of the Antibody Society, Dec. 8-12, 2013, Huntington Beach, CA, USACell-Antibody Interaction Study Using Herceptin? (trastuzumab) Binding to SKOV-3 Epithelial Cancer Cells Characterized by Attana? Quartz Crystal Microbalance TechnologyL. Elmlund, C. K?ck, L. Kaiser, T. Aastrup, I.A. Nicholls
• Journal of Colloid and Interface Science (2013)Protein-resistant hyperbranched polyethyleneimine brush surfacesSubramanian Suriyanarayanan, Hung-Hsun Lee, Bo Liedberg, Teodor Aastrup, Ian A. Nicholls.
• ChemComm, 30 July 2013A suspension-cell biosensor for real-time determination of binding kinetics of protein–carbohydrate interactions on cancer cell surfacesXueming Li, Yuxin Pei, Ruina Zhang, Qi Shuai, Feng Wang, Teodor Aastrup and Zhichao Pei
• Biosensors and Bioelectronics, 34 (2012) 51–56Photogenerated lectin sensors produced by thiol-ene/yne photo-click chemistry in aqueous solutionOscar Norberg, Irene H. Lee, Teodor Aastrup, Mingdi Yan and Olof Ramstr?m
• Biosensors and Bioelectronics (2012)(In Press)A novel approach to determining the affinity of protein–carbohydrate interactions employing adherent cancer cells grown on a biosensor surfaceDiluka Peiris, Anatoliy Markiv, G. Paul Curley, Miriam V. Dwek
• Poster presented at Asian Communication for Glycobiology and Glycotechnology, Oct 2012Cell-Based Biosensors: A Quartz Crystal Microbalance Approach to the Study of Carbohydrate-LectinInteractionsZhichaoPei, JulienSaint-Guirons, Camilla K?ck, Bjorn Ingemarsson2, TeodorAastrup
• ICS conference Sep 2012, PolandSearching by Affinity Ranking for the IC2 Monoclonal Autoantibody Targeted Autoantigenic Epitope on the Surface of Pancreatic Beta-CellsIda Dalgaard Pedersen, Kathrine Louise Jensen, Camilla K?ck, Theodor Aastrup, Mickael Blaise, Anna ?kesson.
• Doctoral thesis - KTH Royal Institute of Technology; Trita-CHE-Report, ISSN 1654-1081; TRITA-CHE Report 2012:49Grafted Molecular Layers for Control of Surface PropertiesDunér, Gunnar
• Innovations in Pharmaceutical Technology - Issue 40(2012) (Online)A New Generation of Cell-BiosensorsMiriam Dwek and Teodor Aastrup
• Drug Discovery and Development (05/14/2012)Quartz Crystal Microbalance Technology Provides Biologically Relevant DataTeodor Aastrup and Ingo Montenbruck
• A biosensor-based concept for antibody-GPCR interaction studies using immobilized lipoparticlesSamuel Altun, Magnus Br?ndén, Teodor Aastrup, Torbj?rn Pettersson
• International Journal of Nanomedicine, 27 Feb. 2012, 2012:7 905–914Functionalization of single-walled carbon nanotubes and their binding to cancer cellsS.Y. Madani, A. Tan, M. Dwek, A. Seifalian
• Biosensors and Bioelectronics, 20 Feb. 2012 (Online)Real-time analysis of the carbohydrates on cell surfaces using a QCM biosensor: a lectin-based approachZ- Pei, J. Saint-Guirons, C. K?ck, B. Ingemarsson, T. Aastrup
• Analytical Biochemistry 421 (2012) 351–361Domain-based assays of individual antibody concentrations in an oligoclonal combination targeting a single proteinQ. Meng, M. Li, M.A. Silberg, F. Conrad, J. Bettencourt, R. To, C. Huang, J. Ma, K. Meyer, R. Shimizu, L. Cao, M.T. Tomic, J.D. Marks
• Protein Eng Des Sel. 2012 Feb;25(2):81-8.Half-life extension of a single-chain diabody by fusion to domain B of staphylococcal protein AUnverdorben, F?rber-Schwarz, Richter, Hutt, Kontermann
• Vaccine, 2012 Jan 11;30(3):572-9The effect of adjuvants on the immune response induced by a DBL4?-ID4 VAR2CSA based Plasmodium falciparum vaccine against placental malariaPinto VV, Salanti A, Joergensen LM, Dahlb?ck M, Resende M, Ditlev SB, Agger EM, Arnot DE, Theander TG, Nielsen MA.
• Journal of Biological Chemistry, doi: 10.1074/jbc.M111.311522, December 6, 2011Plasma half-life extension of small recombinant antibodies by fusion to immunoglobulin-binding domains (IgBD)Meike Hutt, Aline F?rber-Schwarz, Felix Unverdorben, Fabian Richter & Roland E. Kontermann
• PLoS ONE 6(9): e24558 2011, September 13, 2011In Vitro Evolution of Allergy Vaccine Candidates, with Maintained Structure, but Reduced B Cell and T Cell Activation CapacityOla B. Nilsson, Justus Adedoyin, Claudio Rhyner, Theresa Neimert-Andersson, Jeanette Grundstr?m, Kurt D. Berndt, Reto Crameri, Hans Gr?nlund
• J Biol Chem. 2011 Oct 14;286(41):35699-707Unbinding of hyaluronan accelerates the enzymatic activity of bee hyaluronidaseIliás, Liliom, Greiderer-Kleinlercher, Reitinger, Lepperdinger
• J Immunol 2011; 186:959-968Neonatal FcR Overexpression Boosts Humoral Immune Response in Transgenic MiceCervenak, Bender, Schneider, Magna, Valer Carstea, Liliom, Erdei, Bosze and Kacskovics
• Analytical Biochemistry, 414 (2011) 117–124Polyethylene glycol-stabilized lipid disks as model membranes in interaction studies based on electrokinetic capillary chromatography and quartz crystal microbalanceK. Vainikka, K. Reijmar, G. Yohannes, J. Samuelsson, K. Edwards, M. Jussila, M.-L. Riekkola
• Journal of Biological Chemistry, August 12, 2011Unbinding of hyaluronan accelerates the enzymatic activity of bee hyaluronidaseAttila Iliás, Károly Liliom, Brigitte Greiderer-Kleinlercher, Stephan Reitinger and Günter Lepperdinger
• Analyst 2011, 136, 3777-3782Collagen I and III and their decorin modified surfaces studied by atomic force microscopy and the elucidation of their affinity toward positive apolipoprotein B-100 residue by quartz crystal microbalanceWitos J, Saint-Guirons J, Meinander K, D'Ulivo L, Riekkola ML
• Innovations in Pharmaceutical Technology 2011, June; 34-40Improving the Developability of BiopharmaceuticalsZurdo J, Michael R, Stallwood Y, Hedman K and Aastrup T
• Appl Environ Microbiol. 2011 Sep;77(17):6165-71Magnetosome expression of functional camelid antibody fragments (nanobodies) in Magnetospirillum gryphiswaldensePollithy, Romer, Lang, Müller, Helma, Leonhardt, Rothbauer, Schüler
• Analytical and Bioanalytical Chemistry (2011) 400:1397–1404Towards a Synthetic Avidin MimicWiklander J, Karlsson BCG, Aastrup T, Nicholls IA
• Analytical Chemistry, 2011, 83, 6040–6046Three Different Approaches for the Clarification of the Interactions between Lipoproteins and Chondroitin-6-sulfateK. Lipponen, P.W. Stege, G. Cilpa, J. Samuelsson, T. Fornstedt and M.-L. Riekkola
• Journal of Biological Chemistry (JBC) 2011, May; vol 286:18, 15908-17The Chondroitin Sulfate A-binding Site of the VAR2CSA Protein Involves Multiple N-terminal DomainsDahlb?ck M, J?rgensen LM, Nielsen MA, Clausen TM, Ditlev SB, Resende M, Pinto VV, Arnot DE, Theander TG, Salanti A
• Sensors and Actuators B 153 (2011) 135–144Systematic investigation of biomolecular interactions using combined frequency and motional resistance measurementsH Anderson, G Wingqvist, T Weissbach, D Wallinder, I Katardjiev, B Ingemarsson
• Analytical Chemistry (2011) 83: 1000-1007Photo-Click Immobilization on Quartz Crystal Microbalance Sensors for Selective Carbohydrate-Protein Interaction AnalysesOscar Norberg, Lingquan Deng, Teodor Aastrup, Mingdi Yan and Olof Ramstr?m
• Protein Engineering, Design & Selection (PEDS) 2010, Nov;23(11):827-34. Epub 2010 Sep 3.The effects of affinity and valency of an albumin-binding domain (ABD) on the half-life of a single-chain diabody-ABD fusion proteinHopp J, Hornig N, Zettlitz KA, Schwarz A, Fuss N, Müller D, Kontermann RE.
• August 19, 2013ATROSAB, a humanized antagonistic anti-tumor necrosis factor receptor one specific antibodyKirstiin A Zettlitz, Verena Lorenz, Peter Scheurich, Klaus Pfizenmaier, Andreas Herrmann & Roland E. Kontermann.
• Journal of Biological Chemistry (JBC) 2010 Oct 15;285(42):32638-46. Epub 2010 Aug 2WSS25 inhibits growth of xenografted hepatocellular cancer cells in nude mice by disrupting angiogenesis via blocking bone morphogenetic protein (BMP)/Smad/Id1 signalingQiu H, Yang B, Pei ZC, Zhang Z, Ding K.
• Malaria Journal 2010, 9:100The kinetics of antibody binding to Plasmodium falciparum VAR2CSA PfEMP1 antigen and modeling of PfEMP1 antigen packing on the membrane knobsLars M J?rgensen, Ali Salanti, Tina Dobrilovic, Lea Barfod, Tue Hassenkam, Thor G Theander, Lars Hviid and David E Arnot
• Molecular Biotechnology (2010) 46:265–278Humanization of a Mouse Monoclonal Antibody Directed Against a Cell Surface-Exposed Epitope of Membrane-Associated Heat Shock Protein 70 (Hsp70)Kirstin A. Zettlitz, Julia Seitter, Dafne Müller, Roland E. Kontermann
• Chemical Communications, Vol. 46, Issue 14, 2441-2443, 2010Dynamic glycovesicle systems for amplified QCM detection of carbohydrate-lectin multivalent biorecognitionEugene Mahon, Teodor Aastrup and Mihail Barboiu
• Analytical Bioanalytical Chemistry (2010) 396: 1373-1380Quartz crystal microbalance, a valuable tool for elucidation of interactions between apoB-100 peptides and extracellular matrix componentsLucia D’Ulivo, Julien Saint-Guirons, Bj?rn Ingemarsson and Marja-Liisa Riekkola
• Analytical Biochemistry vol. 398, Issue 2, 15 March 2010, Pages 161-168Optimizing immobilization on two-dimensional carboxyl surface: pH dependence of antibody orientation and antigen binding capacityZhichao Pei, Henrik Anderson, Annica Myrskog, Gunnar Dunér, Bj?rn Ingemarsson and Teodor Aastrup
• Chemical Communications, Vol 46, Issue: 30, 5491-5493, 2010Multivalent recognition of lectins by glyconanoparticle systemsMahon E, Aastrup T, Barboiu M
• Nature Structural & Molecular Biology vol. 17, no. 1, January 2010, (13 December, 2009)Modulation of protein properties in living cells using nanobodiesAxel Kirchhofer, Jonas Helma, Katrin Schmidthals, Carina Frauer, Sheng Cui, Annette Karcher, Mireille Pellis, Serge Muyldermans, Corella S. Casas-Delucchi, M. Cristina Cardoso, Heinrich Leonhardt, Karl-Peter P. Hopfner and Ulrich Rothbauer
• Innovations in Pharmaceutical Technology - Issue 29(2009) (Online)Crude Sample Analysis Made EasyAlexander Kovacs
• Bioconjugate Chemistry, Vol. 20, Issue 12, 2364-2370, Dec. 2009Photo-Click Immobilization of Carbohydrates on Polymeric Surfaces-A Quick Method to Functionalize Surfaces for Biomolecular Recognition StudiesOscar Norberg, Lingquan Deng, Mingdi Yan and Olof Ramstr?m
• The Journal of Biological Chemistry (2009) 284, 25612-25619Biodistribution of a Bispecific Single-chain Diabody and Its Half-life Extended DerivativesRoland Stork, Emmanuelle Campigna, Bruno Robert, Dafne Müller and Roland E. Kontermann
• Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 3387–3390On the applicability of high frequency acoustic shear mode biosensing in view of thickness limitations set by the film resonanceG. Wingqvist, H. Anderson, C. Lennartsson, T. Weissbach, V. Yantchev, A. Lloyd Spetz
• PNAS vol. 106, no. 12, 4623–4628 (Mar. 2009)Controlled release of functional proteins through designer self-assembling peptide nanofiber hydrogel scaffoldSotirios Koutsopoulos, Larry D. Unsworth, Yusuke Nagai, and Shuguang Zhang
• Tumor Biology 30:26–36 (Feb. 2009)Characterization of Monoclonal Antibodies Directed against Squamous Cell Carcinoma Antigens: Report of the Second TD-10 WorkshopK. Nustad, O. Nilsson, K. Majnesj?, A. Murakami, N. Sugino, D.J. Warren, and H. Kato
• Langmuir, 2008, 24 (14), pp 7559–7564Surface-Confined Photopolymerization of pH-Responsive Acrylamide/Acrylate-Brushes on Polymer Thin FilmsGunnar Dunér, Henrik Anderson, Annica Myrskog, Maria Hedlund, Teodor Aastrup, Olof Ramstr?m
• Journal of Molecular Biology (2008) 384, 1143–1156Generation, Affinity Maturation, and Characterization of a Human Anti-Human NKG2D Monoclonal Antibody with Dual Antagonistic and Agonistic ActivityKa Yin Kwong, Sivasubramanian Baskar, Hua Zhang, Crystal L. Mackall and Christoph Rader
• Talanta 77 (2008) 468–472Flow-injection assay of the pathogenic bacteria using lectin-based quartz crystal microbalance biosensorGulnara Safina, Margret van Lier, Bengt Danielsson
• Analytical Chemistry 79 (18): 6897-6902 (Sep. 15, 2007)Photoderivatized Polymer Thin Films at Quartz Crystal Microbalance Surfaces: Sensors for Carbohydrate-Protein InteractionsYuxin Pei, Hui Yu, Zhichao Pei, Matthias Theurer, Carolin Ammer, Sabine André, Hans-Joachim Gabius, Mingdi Yan and Olof Ramstr?m
• Journal of Colloid and Interface Science (2007), doi:10.1016/j.jcis.2007.05.016Forces and friction between hydrophilic and hydrophobic surfaces: Influence of oleate speciesKatarina Theander, Robert J. Pugh, and Mark W. Rutland
• Review of Scientific Instruments 78, 083110 (2007)System for in situ studies of atmospheric corrosion of metal films using soft x-ray spectroscopy and quartz crystal microbalanceJ. Forsberg, L.-C. Duda, A. Olsson, T. Schmitt, J. Andersson, J. Nordgren, J. Hedberg, C. Leygraf, T. Aastrup, D. Wallinder, and J.-H. Guo
• 2007Flow Injection Assay of the Path ogenic Bacteria Using Lectin-based QCM BiosensorGulnara Safina, Margret van Lier and Bengt Danielsson, Pure and Applied Biochemistry, Chemical Center.
• Sensors and Actuators B 123 (2007) 21–26Quartz crystal microbalance biosensor design II. Simulation of sample transportMats J?nsson, Henrik Anderson, Ulf Lindberg, and Teodor Aastrup
• Sensors and Actuators B 123 (2007) 27–34Quartz crystal microbalance sensor design I. Experimental study of sensor response and performanceHenrik Anderson, Mats J?nsson, Lars Vestling, Ulf Lindberg, and Teodor Aastrup
• Biosensors and Bioelectronics 22 (2006) 42–48Quartz crystal microbalance bioaffinity sensor for rapid identification of glycosyldisulfide lectin inhibitors from a dynamic combinatorial libraryZhichao Pei, Rikard Larsson, Teodor Aastrup, Henrik Anderson, Jean-Marie Lehn and Olof Ramstr?m
• Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 15 (2005) 2707–2710Redox-responsive and calcium-dependent switching of glycosyldisulfide interactions with Concanavalin AZhichao Pei, Teodor Aastrup, Henrik Anderson and Olof Ramstr?m
• Biosensors and Bioelectronics 21 (2005) 60–66Study of real-time lectin–carbohydrate interactions on the surface of a quartz crystal microbalanceZhichao Pei, Henrik Anderson, Teodor Aastrup and Olof Ramstr?m
• Analytical Biochemistry 341 (2005) 89-93Electro-immobilization of proinsulin C-peptide to a quartz crystal microbalance sensor chip for protein affinity purificationErmias Melles, Henrik Anderson, Daniel Wallinder, Jawed Shafqat, Tomas Bergman, Teodor Aastrup and Hans J?rnvall