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(qū)分生物分子，這也是目前大多數(shù)分子診斷程序的基礎(chǔ)。MNPs的大小、形態(tài)和分散性賦予了它們對生物分子的特異性、親和力和結(jié)合能力。
磁性納米顆粒在DNA分離中的應(yīng)用
許多分子方法（如PCR、實(shí)時(shí)PCR和測序）應(yīng)用于微生物檢測的先決條件是從復(fù)雜混合物中分離出高質(zhì)量的DNA。然而，由于這種復(fù)雜混合物中經(jīng)常存在細(xì)胞或其他污染物，分子生物學(xué)中使用的許多反應(yīng)和技術(shù)將受到干擾。
DNA提取的經(jīng)典方法是結(jié)合細(xì)胞裂解，通過一系列沉淀和離心步驟去除細(xì)胞污染物和細(xì)胞外成分。然而，這一過程需要添加有害化學(xué)物質(zhì)，而且很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在70年代末，研究人員發(fā)現(xiàn)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(shù)DNA分離試劑盒的基礎(chǔ)原料。這一發(fā)現(xiàn)也使分離過程易于自動(dòng)化。如今，用于從多種生物樣品中分離DNA的商業(yè)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(yīng)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(zhǔn)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(dāng)這些材料應(yīng)用于下游PCR反應(yīng)時(shí)，DNA產(chǎn)率和擴(kuò)增結(jié)果令人滿意，表明它們是基于固定化硅質(zhì)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(guān)實(shí)驗(yàn)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(shí)具備最佳產(chǎn)率。
Saiyed等人將可磁化固相支撐（MSPS）技術(shù)應(yīng)用于生物領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)使用磁性納米顆粒從所有樣品中分離出的DNA的質(zhì)量和產(chǎn)率高于傳統(tǒng)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(chǎn)率進(jìn)行了量化，并使用凝膠記錄系統(tǒng)通過紫外透照器進(jìn)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(chǎn)率為80%（80±5%），而采用苯酚萃取和自旋柱法獲得的DNA平均產(chǎn)率在50-60%之間。
圖1：（a）用磁性納米顆粒對從人血細(xì)胞中分離的基因組DNA進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳。通道：1=DNA分子量標(biāo)記（λ噬菌體DNA/Hind III消化）；2-4=從人血細(xì)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(biāo)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(jié)合的原理，相關(guān)研究者開發(fā)了一種名為固相可逆固定化（SPRI）的DNA分離程序。這一技術(shù)顯示了磁顆粒技術(shù)在自動(dòng)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(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)，每天可以低成本處理數(shù)千個(gè)樣品。磁顆粒技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用是開發(fā)用于DNA雜交實(shí)驗(yàn)的基于超順磁性納米顆粒的納米傳感器。這一應(yīng)用可以被進(jìn)一步改進(jìn)用于設(shè)計(jì)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(nèi)靈敏地檢測特定的mRNA、蛋白質(zhì)、酶活性和病原體。
磁性納米顆粒在RNA分離中的應(yīng)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(zhì)，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(shí)間長、樣品通量大和RNA降解等問題。磁性分離技術(shù)已經(jīng)顯示出其改善RNA分離性能的潛力，包括減少純化時(shí)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(zhì)樣品中來純化核酸。接下來的洗滌步驟是從磁珠和結(jié)合的核酸中去除蛋白質(zhì)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(zhì)量通常比較高，可以用于實(shí)時(shí)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(xì)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(chǎn)物瓊脂糖凝膠顯示b-actin擴(kuò)增。通道1：DNA 標(biāo)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(dòng)蛋白。
mRNA的分離涉及mRNA的poly A序列與共價(jià)連接到固體載體上的oligo（dT）序列之間的特異性互補(bǔ)雜交。在這種情況下，基于磁的分離技術(shù)也顯示出提高產(chǎn)量、減少純化時(shí)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(fù)合物洗滌以丟棄所有未結(jié)合的分子。最后，mRNA 將被洗脫或直接用于下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
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