《分析超速離心技術(shù)：原理與應(yīng)用》從分析型超速離心技術(shù)（AnalyticalUltracentrifugation，AUC）的原理講起，介紹了理論原理、設(shè)備組成、檢測方法、分析軟件及實驗設(shè)計等，然后介紹了該技術(shù)在蛋白質(zhì)研究、醫(yī)藥研發(fā)和高分子材料研發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用，集合了領(lǐng)域?qū)�AUC技術(shù)原理和應(yīng)用進(jìn)行全面系統(tǒng)的介紹。供生物化學(xué)材料學(xué)科研研究人員、生物醫(yī)藥的研發(fā)和質(zhì)控人員學(xué)習(xí)參考。

《分析超速離心技術(shù)：原理與應(yīng)用》從基礎(chǔ)原理出發(fā)，系統(tǒng)解析理論框架、設(shè)備構(gòu)成、檢測策略、軟件工具及實驗設(shè)計，并深入展示在蛋白質(zhì)研究、醫(yī)藥創(chuàng)新和高分子材料研發(fā)等領(lǐng)域的實際應(yīng)用。集合智慧，打造學(xué)科指南——無論您是生物化學(xué)、材料學(xué)科研新手，還是生物醫(yī)藥研發(fā)或質(zhì)控，都能從中獲取從入門理論到前沿實踐的全方位指導(dǎo)。一本助力科研與產(chǎn)業(yè)的寶典，開啟您的高效研究之旅。

前言

分析超速離心（analytical ultracentrifugation，AUC）技術(shù)可以通過監(jiān)測溶質(zhì)分子在離心場中的沉降和擴(kuò)散過程，來表征其沉降系數(shù)、分子量、摩擦比、相互作用強(qiáng)度等流體力學(xué)、熱力學(xué)信息。AUC技術(shù)廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸、病毒、多糖、合成高分子以及納米顆粒等物質(zhì)的表征，涉及細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、免疫學(xué)、生物物理學(xué)、生物技術(shù)、生物材料、物理化學(xué)、膠體化學(xué)和高分子材料等多個學(xué)科。

自1924年被發(fā)明以來，AUC技術(shù)作為一項具有百年歷史的諾貝爾獎級別技術(shù)，始終在科學(xué)研究中占據(jù)重要地位。AUC技術(shù)是目前優(yōu)質(zhì)利用純物理學(xué)原理在模擬生理狀態(tài)下研究溶液中大分子物質(zhì)的經(jīng)典技術(shù)。盡管曾有一段時間處于低谷期，但得益于近20年來硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)，AUC技術(shù)重?zé)ㄉ鷻C(jī)。特別是其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的開發(fā)與拓展，使得整個國際AUC市場需求急劇增加，AUC技術(shù)也因此成為兼具基礎(chǔ)科學(xué)研究價值和商業(yè)市場價值的生物物理學(xué)研究工具。

關(guān)于AUC技術(shù)的專著最早可追溯到1940年。Svedberg和Pedersen合著的經(jīng)典著作《超速離心》（The Ultracentrifuge），為后續(xù)技術(shù)的研發(fā)奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。1947年，Pickels設(shè)計的Spinco Model E分析型超速離心機(jī)首次亮相，開啟了AUC技術(shù)的商業(yè)化時代。20世紀(jì)50—70年代，AUC技術(shù)被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核糖體、DNA以及病毒的研究，全世界安裝投用了大約2000臺分析型超速離心機(jī)。隨后，由于尺寸排阻色譜、凝膠電泳、激光光散射等新技術(shù)的出現(xiàn)，AUC技術(shù)經(jīng)歷了短暫的停滯時期。直至20世紀(jì)90年代，隨著貝克曼庫爾特有限公司Optima XL�睞/XL�睮型號分析型超速離心機(jī)的推出，以及計算機(jī)和軟件處理數(shù)據(jù)能力的提升，AUC技術(shù)重新回到大眾視野，并在接下來的三十余年中持續(xù)發(fā)展。特別是在2010年以后，以Peter Schuck為代表的科學(xué)家們出版了多部AUC專著，為研究人員提供了巨大的幫助。

國內(nèi)關(guān)于AUC技術(shù)的著作最早見于1978年，程伊洪和王克勤在《儀器分析及其在分子生物學(xué)中的應(yīng)用（第三冊）》（劉培楠等編）“超速離心分析法”一章中簡要介紹了AUC技術(shù)。1983年陶宗晉編著的《離心沉降分析技術(shù)》較為詳細(xì)地闡述了AUC技術(shù)的相關(guān)信息。盡管隨著AUC技術(shù)的發(fā)展，書中的信息已經(jīng)不再適用于現(xiàn)在的新理論、新技術(shù)，這些書籍作為最早向國內(nèi)研究者介紹AUC技術(shù)的先驅(qū)，在AUC發(fā)展史中具有重要地位。
為方便國內(nèi)研究人員了解和應(yīng)用AUC技術(shù)，本書作者團(tuán)隊在汲取國內(nèi)外前輩知識精華的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身在AUC技術(shù)應(yīng)用中遇到的問題和解決方法，經(jīng)過一年多的努力，編寫了這本《分析超速離心技術(shù)： 原理與應(yīng)用》。本書共設(shè)4個章節(jié)： 第1章，分析超速離心技術(shù)的基本原理。該章節(jié)從AUC技術(shù)的發(fā)展歷史講起，詳細(xì)介紹了AUC設(shè)備的組成、各種檢測器及輔助工具，最后對AUC的實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了詳盡說明，是讀者全面了解AUC技術(shù)的重要工具。第2章，分析超速離心技術(shù)在聚合物及納米材料領(lǐng)域的應(yīng)用。介紹如何使用AUC技術(shù)研究這些大分子的分子量、分布、非理想性以及相互作用等特性，并討論了利用AUC技術(shù)表征納米顆粒的性質(zhì)，這包括粒子的尺寸、分布、密度以及表面配體結(jié)合情況，為聚合物及納米材料領(lǐng)域研究人員提供了寶貴資料。第3章，分析超速離心技術(shù)在蛋白質(zhì)研究中的應(yīng)用。蛋白質(zhì)作為生命活動的主要執(zhí)行者，承擔(dān)著重要的生物學(xué)功能。AUC技術(shù)在蛋白質(zhì)性質(zhì)鑒定和功能分析方面發(fā)揮著重要作用。該章節(jié)介紹了AUC技術(shù)在可溶蛋白、膜蛋白、蛋白相互作用及無序蛋白研究中的應(yīng)用，系統(tǒng)反映了AUC方法的強(qiáng)大功能。第4章，分析超速離心技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。該章節(jié)從AUC在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的概述講起，詳細(xì)介紹了AUC技術(shù)在疫苗、抗體藥、病毒類產(chǎn)品及其他生物制品研發(fā)與質(zhì)控中的具體應(yīng)用。

本書作者均是一線科研工作者。他們是來自清華大學(xué)的李文奇、常卿、褚文丹、劉俊華、王朝興、曾承實、劉哲賢、郭文麗、李玉鑫； 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的葉曉東、羅真理、高亞婷、倪康、王辰陽； 廈門大學(xué)的李少偉、顧穎、俞海、李婷婷、薛文輝、張思博、韓峰、鄭明華； 中國食品檢定研究院的俞小娟、王蘭、秦璽、李響； 以及貝克曼庫爾特有限公司的霍德華、余啟昆、葉苗。自2003年起，他們就開始接觸和應(yīng)用AUC技術(shù)，并在各自的研究領(lǐng)域進(jìn)行持續(xù)探索，為發(fā)掘AUC技術(shù)本身及其應(yīng)用的潛力不懈努力。貝克曼庫爾特有限公司作為的分析型超速離心機(jī)制造商，始終致力于推動技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，鼎力支持本書出版，并慷慨提供了珍貴的歷史照片和技術(shù)圖片，為內(nèi)容的豐富性和專業(yè)性增添了重要價值。山西呂梁學(xué)院的張霞博士為本書繪制了精美插圖。

本書全體作者希望可以借由本書與讀者分享自己的經(jīng)驗，如有疏漏之處請各位批評指正。期待AUC技術(shù)在國內(nèi)基礎(chǔ)科研和生物醫(yī)藥領(lǐng)域綻放風(fēng)采！
李文奇葉曉東李少偉

2025年8月

李文奇博士，清華大學(xué)生物樣品制備與鑒定平臺主管、北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心合作研究員，高級工程師。長期致力于生物樣品的分離純化和表征分析研究，尤其是在分析超速離心技術(shù)領(lǐng)域，將其應(yīng)用在蛋白質(zhì)科學(xué)研究和生物藥質(zhì)量控制。葉曉東博士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授，香港中文大學(xué)博士后，杜克大學(xué)生物工程系訪問學(xué)者。多年來主要利用分析超速離心和激光光散射等技術(shù)研究合成高分子、生物大分子在溶液中的折疊和聚集。李少偉博士，廈門大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。長期從事傳染病疫苗研發(fā)和結(jié)構(gòu)疫苗學(xué)研究，2005年起從事分析型超速離心技術(shù)相關(guān)的研究，擅長利用沉降速率和沉降平衡法進(jìn)行病毒樣顆粒疫苗的組裝研究，蛋白分子量和聚集狀態(tài)的測定、以及抗原-抗體等分子相互作用的研究。

目錄

第1章分析超速離心技術(shù)的基本原理
1.1發(fā)展簡史
1.2實驗原理
1.2.1Svedberg方程
1.2.2Lamm方程
1.2.3沉降速度實驗
1.2.4沉降平衡實驗
1.2.5合成邊界實驗
1.2.6趨向平衡方法
1.3實驗設(shè)備
1.3.1主體設(shè)備
1.3.2檢測系統(tǒng)
1.3.3輔助測量
1.4實驗設(shè)計
1.4.1實驗方法選擇
1.4.2轉(zhuǎn)速選擇
1.4.3中心件選擇
1.4.4檢測器選擇
1.5數(shù)據(jù)分析
1.5.1沉降速度實驗數(shù)據(jù)分析
1.5.2沉降平衡實驗數(shù)據(jù)分析
1.5.3現(xiàn)代化分析軟件
參考文獻(xiàn)
第2章分析超速離心技術(shù)在聚合物及納米材料領(lǐng)域的應(yīng)用
2.1在大分子表征中的應(yīng)用
2.1.1KMHS方程
2.1.2大分子構(gòu)象變化分析
2.1.3分子量及其分布測定
2.1.4分子間相互作用分析
2.2在納米顆粒表征中的應(yīng)用
2.2.1尺寸分布測定
2.2.2密度測定
2.2.3吸收和發(fā)射光譜測定
2.2.4與其他物質(zhì)相互作用分析
參考文獻(xiàn)
第3章分析超速離心技術(shù)在蛋白質(zhì)研究中的應(yīng)用
3.1蛋白質(zhì)簡介
3.1.1組成與結(jié)構(gòu)
3.1.2結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系
3.1.3理化性質(zhì)
3.1.4分子間相互作用與自聚集
3.2在可溶性蛋白研究中的應(yīng)用
3.2.1分子量和聚集狀態(tài)分析
3.2.2沉降系數(shù)測定
3.2.3流體力學(xué)性質(zhì)與形狀信息分析
3.3在膜蛋白研究中的應(yīng)用
3.3.1膜蛋白基本特性
3.3.2指導(dǎo)膜蛋白純化
3.3.3膜蛋白�踩ス竸�復(fù)合物分析
3.3.4膜蛋白分子量測定
3.3.5膜蛋白納米盤分析
3.4在蛋白質(zhì)與生物分子間相互作用研究中的應(yīng)用
3.4.1蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用研究
3.4.2蛋白質(zhì)與核酸相互作用研究
3.4.3蛋白質(zhì)與多糖相互作用研究
3.5在蛋白質(zhì)自聚集研究中的應(yīng)用
3.5.1沉降速度實驗研究蛋白質(zhì)自聚集
3.5.2沉降平衡實驗研究蛋白質(zhì)自聚集
3.5.3熒光檢測系統(tǒng)研究高親和力自聚集
3.6在結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究中的應(yīng)用
3.6.1蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析
3.6.2蛋白質(zhì)構(gòu)象變化分析
3.6.3內(nèi)在無序蛋白研究
參考文獻(xiàn)
第4章分析超速離心技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
4.1在性蛋白質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控中的應(yīng)用
4.1.1重組蛋白藥物表征和質(zhì)控
4.1.2指導(dǎo)尺寸排阻色譜方法開發(fā)
4.1.3生物樣品尺寸分布定量分析
4.1.4對分子間相互作用的生物制藥評估
4.2在疫苗研發(fā)中的應(yīng)用
4.2.1病毒樣顆粒疫苗研發(fā)
4.2.2mRNA疫苗研發(fā)
4.2.3mRNA原液質(zhì)量控制
4.3在抗體藥研發(fā)中的應(yīng)用
4.3.1抗體藥物聚集體精準(zhǔn)檢測
4.3.2雙抗復(fù)合體檢測
4.3.3抗體藥物制劑篩選
4.3.4抗體偶聯(lián)藥物聚集體檢測
4.3.5抗原�部贵w相互作用檢測
4.4在病毒類產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用
4.4.1重組腺相關(guān)病毒載體研發(fā)
4.4.2溶瘤病毒產(chǎn)品研發(fā)
4.5在其他生物制品研發(fā)中的應(yīng)用
4.5.1胰島素制劑研發(fā)
4.5.2干擾素制劑研發(fā)
4.5.3多肽類制劑研發(fā)
4.5.4小核酸藥物研發(fā)
參考文獻(xiàn)