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生物学的魔法小球——磁珠

浏览数量： 0     作者： 本站编辑     发布时间： 2022-04-02      来源： 本站

01

磁珠的发现

磁珠的发明构想最初来自于挪威科技大学的化学家John Ugelstad，他在1976年以聚苯乙烯为主要材料，制作出均匀磁化的球体粒子。1979年Vogelstein等报道在高浓度碘化钠存在的条件下，玻璃粉末作为吸附剂用于从琼脂糖凝胶中提取DNA片段，而后基于硅胶和其他具有亲水性表面载体的固相核酸纯化技术广泛发展起来。而基于磁性微粒的核酸纯化方法就是其中的一种。

02

磁珠的类型

基础结 构：核壳型/夹层型在（磁性聚合物微球为夹层型结构，内部为多孔聚合物微球内核，外部包覆不同材质的聚合物包层以满足不同应用需求，磁性材料填充于二者之间的孔隙中。）一般分为3层：
  • 最内层的是聚苯乙烯（Polystyrene，PS）；

  • 第二层包裹磁性物质（通常是四氧化三铁）

  • 最外层是官能团（如羧基-COOH ，羟基-OH）修饰的的高分子材料，能与核酸结合；


粒径：不同尺寸磁珠，悬浮差异明显，尺寸越小悬浮性越好，但磁响应会减弱。一般用于核酸含量较低的小样本，选用悬浮性好的磁珠效果更优。
表面修饰（官能团）：-OH/-COOH/-NH4/Protein
用途区别（作用环境）：-OH磁珠和-COOH均能对核酸有效吸附。一般来说，在离液盐体系中-OH磁珠对核酸吸附效果相对较优；在PEG体系中-COOH对DNA和RNA吸附效果相对较好；
磁珠Buffer：
一般为离液盐、聚乙二醇（PEG）等有机溶剂。
PEG沉淀蛋白、沉淀DNA，DNA连接反应中低浓度PEG作为聚合剂，增强载体与目的片段碰撞的机会；PEG还能保持溶液的粘度，使磁珠保持悬浮不易聚沉，也不易造成蛋白变性和非特异性吸附。
图片1




03

磁珠法原理

SPRI技术：固相载体可逆化固定法,利用顺磁珠按类型和大小选择性与核酸结合，可用于分离、纯化和清理高纯度的核酸。该技术可应用于下一代测序（NGS）、Sanger 测序、qPCR、ddPCR 和微阵列等。

基于SPRI技术，在磁珠法反应体系中，核酸分子（DNA & RNA）会由线性压缩成球状， DNA在一定浓度的PEG存在条件下，NaCl或MgCl2促进条件下，DNA分子构象会发生急剧变化，会暴露出磷酸骨架上大量的带负电荷的磷酸基团，与表面带负电荷的羧基-COOH磁珠结合。目前认为这种负负电荷间的作用是由于带正电荷的盐离子的作用。带负电磷酸基团借由解离的盐离子与羧基形成“阴离子-阳离子-阴离子”的盐桥结构，使DNA被特异性吸附到羧基磁珠表面。而当反应缓冲液被弃除后，加入水性分子，会快速充分水化核酸分子，解除三者之间的离子相互作用，使吸附到磁珠上的核酸分子被纯化出来。利用磁珠的磁性，可通过外加磁场进行收集洗脱。

图片3

• DNA分子越长，表面裸露出来带负电的磷酸基团越多，整条分子带的负电就更强，更容易吸附到磁珠表面，只需要较低浓度的PEG和NaCl就可以回收；
• DNA分子越短，需要更高浓度的PEG和NaCl将其表面的水化层破坏得更彻底，裸露出来足够多带负电的磷酸基团，才能被磁珠吸附回收。（即回收的DNA片段越小，需要加入的PEG和NaCl浓度越高，磁珠体积更大。）
图片2
参考文献：
[1] Vasilevskaya V V, Khokhlov A R, Matsuzawa Y, et al. Collapse of single DNA molecule in poly (ethylene glycol) solutions[J]. The Journal of chemical physics, 1995, 102(16): 6595-6602.

[2] Bloomfield V A. DNA condensation[J]. Current opinion in structural biology, 1996, 6(3): 334-341.



磁珠；分选纯化；核酸；

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