在過去的幾十年里，磁性納米顆粒（MNPs）越來越多地用于分離和區分生物分子，這也是目前大多數分子診斷程序的基礎。MNPs的大小、形態和分散性賦予了它們對生物分子的特異性、親和力和結合能力。

磁性納米顆粒在DNA分離中的應用

許多分子方法（如PCR、實時PCR和測序）應用于微生物檢測的先決條件是從復雜混合物中分離出高質量的DNA。然而，由于這種復雜混合物中經常存在細胞或其他污染物，分子生物學中使用的許多反應和技術將受到干擾。

DNA提取的經典方法是結合細胞裂解，通過一系列沉淀和離心步驟去除細胞污染物和細胞外成分。然而，這一過程需要添加有害化學物質，而且很難實現自動化。在70年代末，研究人員發現二氧化硅作為吸附劑是DNA分離的理想選擇， 然后它成為了目前大多數DNA分離試劑盒的基礎原料。這一發現也使分離過程易于自動化。如今，用于從多種生物樣品中分離DNA的商業試劑盒使用二氧化硅涂層的磁性顆粒。最近，兩種不同類型的超順磁性納米顆粒已被成功應用于從海洋樣品中分離鞭毛藻DNA，以收集可用于檢測有毒物種的PCR準備DNA。其中一種納米顆粒被二氧化硅包覆，平均粒徑為150 nm，另一種納米顆粒含有瓊脂糖衍生物，以二乙基氨基乙基（DEAE）基作為支撐材料。當這些材料應用于下游PCR反應時，DNA產率和擴增結果令人滿意，表明它們是基于固定化硅質樹脂和超順磁性聚合物顆粒的商用試劑盒的有效替代品。此外，相關實驗還表明，二氧化硅包裹的納米顆粒在從那些用盧戈氏碘液固定的樣品中提取DNA時具備最 佳產率。

Saiyed等人將可磁化固相支撐（MSPS）技術應用于生物領域，發現使用磁性納米顆粒從所有樣品中分離出的DNA的質量和產率高于傳統的DNA提取程序。在含有0.5μgml-1溴化乙啶的0.8%瓊脂糖凝膠中電泳后，對DNA的產率進行了量化，并使用凝膠記錄系統通過紫外透照器進行了可視化。從圖1中可以看出，使用磁性納米顆粒作為固體載體，瓊脂糖凝膠中回收的DNA平均產率為80%（80±5%），而采用苯酚萃取和自旋柱法獲得的DNA平均產率在50-60%之間。

圖1：（a）用磁性納米顆粒對從人血細胞中分離的基因組DNA進行瓊脂糖凝膠電泳。通道：1=DNA分子量標記（λ噬菌體DNA/Hind III消化）；2-4=從人血細胞中分離的基因組DNA（23 kb）（從含有分離DNA的試管中裝入等量）；（b）瓊脂糖凝膠洗脫提取DNA的瓊脂糖凝膠電泳。通道:1=DNA分子量標記（λ噬菌體DNA/Hind III消化）；2=用磁性納米顆粒作為固相吸附劑洗脫DNA；3=用苯酚萃取法洗脫的DNA；4=用玻璃棉自旋柱法洗脫DNA

對于DNA測序，基于DNA在高鹽濃度和PEG下與羧基包覆的超順磁顆粒表面結合的原理，相關研究者開發了一種名為固相可逆固定化（SPRI）的DNA分離程序。這一技術顯示了磁顆粒技術在自動化、高樣品通量和降低成本方面的巨大潛力。目前，SPRI已成功應用于自動化系統，每天可以低成本處理數千個樣品。磁顆粒技術的另一個應用是開發用于DNA雜交實驗的基于超順磁性納米顆粒的納米傳感器。這一應用可以被進一步改進用于設計生物相容性磁性納米傳感器，這種納米傳感器可以在低飛摩爾范圍內靈敏地檢測特定的mRNA、蛋白質、酶活性和病原體。

磁性納米顆粒在RNA分離中的應用

那些市售的RNA分離試劑盒一般基于以下兩種策略:

1）在4M硫氰酸胍和0.1Mβ-巰基乙醇中均質，然后乙醇沉淀;

2）使用硫氰酸胍和苯酚-氯仿混合物的快速分離程序。

然而，在提取過程中仍然存在處理時間長、樣品通量大和RNA降解等問題。磁性分離技術已經顯示出其改善RNA分離性能的潛力，包括減少純化時間、RN A

降解和成本。通常情況下，第 一步是通過將二氧化硅包覆的磁珠直接添加到均質樣品中來純化核酸。接下來的洗滌步驟是從磁珠和結合的核酸中去除蛋白質和鹽類，然后加入DNase去除基因組DNA。最 后，用低鹽緩沖液洗脫純化后的RNA。這種RNA的質量通常比較高，可以用于實時RT-PCR和微陣列（圖 2）。

圖 2：（A）羧基包裹MNPs的透射電鏡圖像；（B）利用MNPs從MDA-MB-231 細胞中分離mRNA。通道1: RNeasy Mini Kit分離的RNA；通道2：用50μg MNPs分離的mRNA；通道 3：100μg MNPs分離的mRNA；通道4：200μg MNPs分離的mRNA；（C）PCR產物瓊脂糖凝膠顯示b-actin擴增。通道1：DNA 標記；通道2和通道3：分別從200μg和100μg MNPs分離的mRNA中提取 b-肌動蛋白。

mRNA的分離涉及mRNA的poly A序列與共價連接到固體載體上的oligo（dT）序列之間的特異性互補雜交。在這種情況下，基于磁的分離技術也顯示出提高產量、減少純化時間和成本的能力。將Oligo（dT）包覆的磁珠裝入裂解物樣品中，Poly（A）mRNA將在孵育過程中被這些磁珠捕獲。然后，將磁珠-mRNA復合物洗滌以丟棄所有未結合的分子。最 后，mRNA 將被洗脫或直接用于下一個實驗。

參考文獻

1.Saiyed, Z. M. , Ramchand, C. N. , & Telang, S. D. . (2008). Isolation of genomic DNA using magnetic nanoparticles as solid-phase support. Journal of Physics: Condensed Matter, 20(20), 204153.10.1088/0953-8984/20/20/204153

2.Magnani, M. , Galluzzi, L. , & Bruce, I. J. . (2006). The use of magnetic nanoparticles in the development of new molecular detection systems. J Nanosci Nanotechnol, 6(8), 2302-2311.https://doi.org/10.1166/jnn.2006.505

3.Sarkar, T. R. , & Irudayaraj, J. . (2008). Carboxyl-coated magnetic nanoparticles for mRNA isolation and extraction of supercoiled plasmid DNA. Analytical Biochemistry, 379(1), 130-132.https://doi.org/10.1016/j.ab.2008.04.016

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