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表面等离激元共振成像(SPRi)是一项免标记的生物传感技术，被广泛应用在生物化学和生物医药领域。这项技术已被用于研究多种蛋白-蛋白相互作用的动力学参数。 蛋白质是非常复杂的生物分子，不同蛋白间结构差异巨大。这些差异使得很难发现研究蛋白之间相互作用的通用方法。虽然SPRi的物理原理可以适用于广泛的生物分子相互作用，但是仍然需要发展新方法使其能够不依赖于蛋白结构进行测量。 本文重点在于提高现有的SPR生物传感器性能，开发和优化检测蛋白-蛋白相互作用的新方法。通过使用SPR新方法，我们研究了不同蛋白-蛋白之间相互作用。本文主要内容概括如下: 首先，我们开发了一种独特的微阵列用来检测蛋白-蛋白相互作用。为了努力开发基于原位无细胞表达蛋白微阵列，我们使用了两种固定技术:TUS-TER和(e-coil)-(k-coil)，并利用SPRi对蛋白间相互作用进行无标记、实时动力学检测。我们构建了两种可表达质粒，一种在C端融合有TUS标签，另外一种在C段融合有e-coil标签。利用这两种标签将原位合成的重组蛋白取向固定在生物传感器表面。这两种表达质粒通过特定的表面化学固定，而后在SPRi仪器的流通池中进行无细胞表达。表达出相应的融合蛋白被预先固定在传感器表面的TER DNA序列或k-coil多肽捕获。重组蛋白的表达和捕获通过特定抗体探针进行确认。本项研究为原位蛋白质微阵列技术提供一个低成本的新方法，并在蛋白-蛋白相互作用的动力学研究上存在巨大潜力。这些蛋白阵列具有即用性，避免了因蛋白稳定性差造成的活性丧失问题，可被广泛应用在药物开发和生物标记物的发现等领域。 第二，我们利用SPRi和多重抗体阵列对干细胞裂解液中的标记物进行检测。诱导多能干细胞(iPSCs)是再生医学细胞修复或药物筛选中非常有吸引力的细胞来源，同时在再生医学中的应用要求对iPSCs进行快速和精确的表征。细胞裂解液是疾病诊断和组学研究中一种极其重要的生物分析样品。但是，其高度复杂的界面特性导致检测结果产生假阳性信号。因此，针对细胞裂解液在表面的非特异性吸附问题需要通过多种参数的优化来克服。我们重点研究降低小鼠胚胎干细胞(mESCs)裂解液在固定的抗体阵列表面的菲特异性吸附(NSA)。就此而言，我们研究并优化了以上参数以获得更低的NSA。利用无标记SPRi技术，我们对固定抗体相应的标记物进行了高灵敏的检测。我们针对mESCs裂解液中表达的Oct4，Sox2，Nanog，Rex1 and Lin28等生物标记物，在相应抗体表面进行了检测并获得降低的NSA。这一发现表明SPRi可以用于细胞裂解液（包括干细胞裂解液）中抗原的检测和指认。这些结果为新型高通量系统进行干细胞表征打下了基础。 最后，我们利用SPRi对不同批次的治疗性抗体和相应抗原之间结合动力学参数变化进行了研究。此外，我们开发了一种新方法，利用相对较高的治疗性抗体固定量来提高数据分析的精度。作为概念验证，我们对不同降解程度的尼妥珠单抗进行了研究。尼妥珠单抗是人类单克隆抗体（免疫球蛋白G亚基的l，k轻链），可以与表皮生长因子受体(EGFR)的胞外域进行结合，随后抑制表皮生长因子的结合。其在头部和颈部肿瘤的治疗性已经被多个国家证实批准。我们研究了不同应激处理和不同储存时间尼妥珠单抗对EGFR结合的动力学常数。另外，我们也采用了传统的质量控制方法进行测试，如检测抗体的聚集情况，电荷的不均匀性以及破碎程度。实验结果表明，尼妥珠单抗与EGFR的相互作用在结合过程不受影响，但在解离过程略有影响。因为解离常数的变化，或许会导致在靶细胞上产生药物沉积。本方法的灵敏度和与传统方法分析结果得一致性表明，在某些情况下，该方法可以获得补充信息，甚至能够检测出未测的改变，并且有助于建立严格质量属性和临床效率/安全性之间的连接。最后，我们开发了一个表面化学的优化模型，通过控制“隔离分子链”的稀释比例，对表面“反应活性链”的平均距离进行调控。这样，抗体在SPRi传感器表面（如金、银）的固定得到精确控制，并且避免了结合位点被阻碍。该模型可以通过优化活性链之间的距离，来帮助优化表面化学修饰，从而在SPRi表面结合生物大分子（如蛋白），也可以用于减少非特异性吸附。我们对尼妥珠治疗性单抗进行阵列制备，在SPRi上进行测试，得到了确认的结果以支持模型。