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淺談DNA磁珠的作用原理

2017-12-1　　閱讀(615)

作為DNA分選磁珠的生產廠商，我們zui經常被客戶問到的問題就是：高通量測序（NGS）文庫制備時，DNA磁珠為什么可以用來純化和分選文庫？在這里我們整理相關的資料，對這個問題做簡單的闡述。

分選磁珠的作用原理是基于一種固相載體可逆化固定（SPRI）的分離純化方法。磁珠體系中一般包含：磁珠、DNA、聚乙二醇（PEG）、以及鹽離子等，在一定濃度的PEG和鹽離子環境中，DNA可吸附到羧基修飾的高分子磁珠表面（即固相載體），該過程是可逆的，在適當條件下，結合的DNA分子可以被洗脫回收。

納米級別的磁珠表面性質不同，分離原理也不盡相同，但基本上固態的球狀材料組成并無太大差異，基礎結構一般分為3層，zui內層的核心是聚苯乙烯、第二層包裹磁性物質——四氧化三鐵（Fe₃O₄），zui外層表面是羧基（-COOH）修飾的高分子材料所構成，其中羧基行使與核酸結合的工作。

在整個體系中，PEG是影響DNA回收的決定性因素（其他因素還包括DNA大小和濃度、鹽離子濃度、孵育時間等等）。DNA在一定濃度的PEG存在條件下，NaCl或MgCl₂促進條件下，使DNA發生脫水反應，分子構象會發生急劇變化，由線狀被壓縮形成卷曲球狀，繼而聚集沉淀，同時隨PEG分子量、濃度以及鹽濃度的不同，不同長度的DNA可以被選擇性的沉淀出來。在磁珠體系中，特定分子量的PEG的功能主要是與鹽離子共同作用，改變不同長度DNA的分子構象，同時增加體系的粘稠程度，使磁珠存在其中處于懸浮狀態，不易沉降，增加磁珠在空間位置的碰撞與排斥，從而增加核酸與磁珠的聚集效率與效果，除此之外，PEG與蛋白質具有相容性，也可去除樣品中的蛋白質。

Fig^[3]. critical PEG concentration versus NaCl concentration for different-size DNA fragments. DNA fragments: 307 bp (filled circles), 400 bp (open circles), 532 bp (filled triangles), and 604 bp (open triangles). Agarose gel electrophoresis: Lane 1, 68 mg/ ml PEG and 0.8 M NaCl; lane 2, 90 mg/ml PEG and 0.4 M NaCl; lane 3, 110 mg/ml PEG and 0.3 M NaCl; and lane 4, 110 mg/ml of PEG and 0.4 M NaCl.

當處于PEG和鹽離子環境中的DNA，因脫水作用而發生分子構象改變后，會暴露出磷酸骨架上大量的帶負電荷的磷酸基團，與表面帶負電荷的羧基磁珠結合，但如何解釋負負電荷之間的作用，目前還不得而知。但普遍認為，這是由于帶正電荷的鹽離子的作用（如Na⁺）。帶負電的磷酸基團借由解離的鹽離子（如Na⁺）與羧基形成離子橋，使DNA被特異性吸附到羧基磁珠表面。當PEG和鹽類被去除之后，加入水性分子，會快速充分水化DNA，解除其三者之間的離子相互作用，使得吸附到磁珠的DNA被純化出來。

磁珠的出現，使得核酸制備的實驗可以實現自動化，同時相較于傳統的回收方式，還具有3個明顯的優勢：1）效率更高，以DNA為例，1μL磁珠的承載量可達7μg；2）避免使用有機溶劑，如酚類等等，更加安全；3）操作簡單，無需離心，也更有利于保留核酸的完整性。

參考文獻
1. Liu, Lingling, et al. "Size-selective separation of DNA fragments by using lysine-functionalized silica particles." Scientific reports 6 (2016): 22029.
2. He, Z. Y., Xu, H., Xiong, M. & Gu, H. Size-selective DNA Separation: Recovery Spectra Help Determine The Sodium Chloride (NaCl) and Polyethylene Glycol (PEG) Concentrations Required. J. Biotechnol. 9(2014), 1241–1249.
3. He, Z., Zhu, Y. & Gu, H. A New Method for The Determination of Critical Polyethylene Glycol Concentration for Selective Precipitation of DNA Fragments. Appl. Microbiol. Biotechnol. 97(2013), 9175–9183.
4. Froehlich, E., et al. "PEG and mPEG–anthracene induce DNA condensation and particle formation." The Journal of Physical Chemistry B 115.32 (2011): 9873-9879.
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6. Sinclair B. To bead or not to bead: Applications of magnetic bead technology. Scientist, 13(1998):16.
7. Lis JT. Fractionation of DNA fragments by polyethylene glycol induced precipitation. Meth Enzymol 65(1980):347–353.

磁珠經過不同功能基團的有效包被，可實現對核酸的高通量、自動化提取，已廣泛應用于基因測序、分子診斷等領域。翊圣生物根據目前市場磁珠需求，集中專業科研人員，致力于磁珠系列產品的創新開發，目前已經擁有多款高品質核酸磁珠類產品，可應用于基因測序、PCR、克隆等多種實驗！

名稱	替代AMPure Hieff NGS^TM DNA Selection Beads	回收50bp以上DNA Hieff NGS^TM Smarter DNA Clean Beads	有效解決cfDNA大片段污染問題 Hieff NGS^TM cfDNA Clean Beads
適用	100bp以上DNA	50bp-20kb DNA	100-200bp DNA
適用實驗	DNA文庫構建 PCR產物純化酶切產物純化	PCR產物純化酶切產物純化	cfDNA文庫構建 cfDNA純化

訂購信息

建庫磁珠	產品編號	規格	價格（元）
Hieff NGS^TM DNA Selection Beads（Superior Ampure XP alternative）	12601ES03	1 mL	296.00
	12601ES08	5 mL	986.00
	12601ES56	60 mL	6286.00
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Hieff NGS^TM Smarter DNA Clean Beads	12600ES03	1 mL	386.00
	12600ES08	5 mL	1386.00
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	12600ES75	450 mL	29886.00
Hieff NGS^TM cfDNA Clean Beads	12599ES03	1 mL	466.00
	12599ES08	5 mL	1666.00
	12599ES56	60 mL	9106.00

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