技术分享篇|磁珠及磁珠纯化技术要点全解析

1. 什么是磁珠？

磁珠由微小的（20 至 30 纳米）铁氧化物颗粒组成，如磁铁矿（Fe3O4），它们具有表明超级磁性。超 级磁性珠不同于更常见的铁磁，因为它们只在外部磁场存在时才会表现出磁性行为。此属性依赖于珠子中 颗粒的较小尺寸，并且使珠子能够与分离的任何物质在悬浮中发生分离。 目前有许多类型的磁珠可用，不同的表面涂层和化学成分赋予每种类型的珠子自己的结合特性，可用 于核酸、蛋白质或其他生物分子的磁分离（分离和纯化），其方式简单、有效和可扩展。这种易用性使其自动化友好，非常适合一系列应用，包括下一代测序（NGS）和 PCR 的样品制备、蛋白质纯化、分子和免疫 诊断，甚至磁性活性细胞分拣（MACS）等。

2. 磁珠起源

磁珠的发明构想最初来自于挪威科技大学的化学家JohnUgelstad，他在1976 年以聚苯乙烯(Polystyrene) 为主要材料，制造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的载体的固相核酸纯 化技术广泛发展起来。 硅质膜磁珠是一类最早出现基于硅介质与核酸特异结合的原理而发展起来的产品，它广泛应用于DNA、 RNA 的纯化。与离心柱法原理相同，离心柱法所采用的硅胶膜实际上就是玻璃纤维，而磁珠之所以能够结 合核酸也是因为其表面包被了玻璃纤维。硅质膜二氧化硅磁珠具有超顺磁性内核和二氧化硅外壳，表面修 饰大量的硅羟基。磁珠表面的硅羟基能够与溶液中的核酸通过氢键和静电作用发生特异性结合，在高盐条 件下与核酸结合，而在低盐环境下被洗脱，这样就可以直接从复杂的生物体系中迅速分离核酸。 随着磁珠技术的发展，到现在纳米级别的磁珠，已经出现各式各样的磁珠，表面性质各不相同，分离 原理也不尽相同。一些固态的球状材料组成基本上并无太大差异，且基础结构一般分为 3 层，最内层的核 心是聚苯乙烯、第二层包裹磁性物质——四氧化三铁（Fe3O4），最外层表面是官能基团修饰的高分子材料 所构成，其中官能基团行使与核酸结合的工作，提取、生物素捕获、片段筛选功能的不同，表面官能基团不同。
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