CN114906876B - 一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法 - Google Patents

一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114906876B
CN114906876B CN202210445458.2A CN202210445458A CN114906876B CN 114906876 B CN114906876 B CN 114906876B CN 202210445458 A CN202210445458 A CN 202210445458A CN 114906876 B CN114906876 B CN 114906876B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polyvinyl alcohol
modified
sio
magnetic beads
dna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210445458.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114906876A (zh
Inventor
王志飞
雷运锋
孟祥玉
姜勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202210445458.2A priority Critical patent/CN114906876B/zh
Publication of CN114906876A publication Critical patent/CN114906876A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114906876B publication Critical patent/CN114906876B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00Compounds of iron
    • C01G49/02Oxides; Hydroxides
    • C01G49/08Ferroso-ferric oxide [Fe3O4]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/1003Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
    • C12N15/1006Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers
    • C12N15/1013Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers by using magnetic beads
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/62Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/80Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
    • C01P2004/82Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases
    • C01P2004/84Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases two phases having the same anion, e.g. both oxidic phases one phase coated with the other
    • C01P2004/86Thin layer coatings, i.e. the coating thickness being less than 0.1 time the particle radius
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/42Magnetic properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Compounds Of Iron (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,包括如下步骤:以Fe3O4@SiO2为原料,将其超声分散于无水DMSO中,搅拌后往其中加入1,6‑己二基二异氰酸酯,得到异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2;然后,将异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2分散于聚乙烯醇的DMSO溶液中,反应后得到聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠。本发明不仅可以得到单分散性好、高饱和磁强度的磁珠,还能够避免团聚、氧化等因素对磁珠性能的影响;本发明方法制得的聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠有优异的DNA提取性能,能够在较短的磁响应时间内,实现对DNA的分离富集;本发明制得的聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠DNA提取灵敏度高,能够在较低的浓度下,实现DNA实时荧光PCR扩增,Ct值为18。

Description

一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法。
背景技术
脱氧核糖核酸(DNA)是一种携带生物细胞中合成蛋白质所必需的遗传信息的核酸,是生物体发育和正常运转所必需的。DNA分析由于其固有的特异性和技术能力,使得检测灵敏、快速对临床诊断、基因组学和食品安全有着至关重要的作用。在复杂的生物样品中,DNA的含量相对较低(相对于其他成分),因此样品中含有的蛋白质、多糖、磷脂和代谢物会严重干扰DNA检测。
传统DNA检测方法如苯酚/氯仿抽提法,异丙醇沉淀法,甲酰胺裂解法等主要借助沉淀,离心和过滤步骤,耗时耗力且提取效率低下。近年来,新的DNA提取方法如液-液萃取法、液-液微萃取法、固相萃取法、磁固相微萃取法等得到了越来越多的研究。在以上提及这些方法中,磁固相微萃取因其低成本、少用有机溶液、过程简单、省时省力等优点,被广泛用于DNA的富集检测。同时,磁固相微萃取中使用的磁性纳米颗粒(MNPs)可以利用外部磁场快速收集,从而避免了因离心步骤产生的剪切力导致核酸降解损失。
在实际应用中,通常需要对磁性纳米颗粒(MNPs)进行合适的表面修饰,一方面是为防止裸露的磁性纳米颗粒氧化和团聚,另一方面可以实现对核酸的高通量、自动化提取。常用于表面修饰的材料包括氨基硅烷化试剂、二巯基丁二酸、壳聚糖、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇等。聚乙烯醇因其生物相容、无毒、低成本等优点,被广泛用于磁性纳米颗粒的修饰。基于聚乙烯醇修饰的Fe3O4,材料表面富含大量的羟基官能团,材料分散性得到了很大的提高。如在WO 01/70831中,W.Jeffery等报道了PVA修饰的磁性纳米颗粒的合成及其生物材料分离方面的潜在性能。他们以体积分数2~7%的戊二醛为交联剂,质量分数为2.5~5%、分子量大于50000g/mol的聚乙烯醇为聚合物层,10-200nm的Fe3O4为磁核,采用反向微乳液法合成了聚乙烯醇包覆的磁性纳米颗粒,但该方法制得的磁性纳米粒子尺寸大小为0.5~5μm,分布范围宽,尺寸大小不均一。再如在WO 2014/015966中,Jungen Oster等人探究了搅拌速度、聚合物浓度和交联剂浓度等因素对PVA修饰的磁性纳米颗粒尺寸的影响,并将其用于实时定量荧光PCR检测。结果表明,高搅拌速度、低浓度聚合物和交联剂可以使微粒尺寸减小,磁性核心占比增加,甚至可以达到90%以上,但带来的是微粒悬浮分散性能变差。以上方法制得的磁性纳米粒子虽然可以实现对游离DNA的分离富集,但都存在修饰过程繁琐,材料尺寸不一,尺寸分布范围较宽,磁性核心占比较少等问题,导致批次之间分离性能差异较大,分离时间有所延长。
发明内容
发明目的:本发明目的旨在提供一种磁珠尺寸均一、且不同批次间磁珠尺寸差异小、磁性核心占比大、磁响应速度快的四氧化三铁磁珠的制备方法。
技术方案:本发明所述的基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,在有机溶剂中,以1,6-己二基二异氰酸酯作为交联剂将Fe3O4@SiO2与聚乙烯醇进行桥联得到聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠。
上述制备方法具体包括如下步骤:
(1)将Fe3O4@SiO2超声分散于无水DMSO中,搅拌下再往其中加入1,6-己二基二异氰酸酯,得到异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2
(2)将步骤(1)得到的异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2分散于聚乙烯醇的DMSO溶液中,反应后得到聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠。
其中,步骤(1)中,Fe3O4@SiO2中Fe3O4的尺寸为15~400nm,二氧化硅壳层厚度为5~10nm。
其中,步骤(1)中,对于每g Fe3O4@SiO2,1,6-己二基二异氰酸酯的加入量为不大于1mL。
其中,步骤(2)中,聚乙烯醇的DMSO溶液中,聚乙烯醇的质量分数为1~1.5%,聚乙烯醇的醇解度为92~94mol%。
其中,步骤(2)中,异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2与聚乙烯醇DMSO溶液的质量体积比为10:1。
其中,步骤(1)中,Fe3O4@SiO2采用如下方法制备而成:
(1.1)按质量比1:1.5~3将FeCl3·6H2O和NaAc加入到有机溶剂中,充分溶解后,将混合物料置于高温下反应,得到Fe3O4纳米粒子;所述Fe3O4纳米粒子的粒径范围为15-400nm;通过控制原料FeCl3·6H2O和NaAc的加入比例,控制铁离子的水解速度快慢,最后通过加热得到超顺磁性Fe3O4颗粒;
(1.2)将步骤(1.1)得到的Fe3O4纳米粒子超声分散于盐酸溶液中,超声处理后用水洗涤至中性;将Fe3O4纳米粒子与盐酸反应,使铁氧键暴露出来利于与二氧化硅的结合;
(1.3)将步骤(1.2)处理过的Fe3O4超声分散于乙醇和水的混合溶剂中,加入氨水调节溶液为碱性,然后加入正硅酸四乙酯,反应后得到Fe3O4@SiO2;Fe3O4@SiO2为以四氧化三铁为核,在四氧化三铁表面包裹有二氧化硅层;通过控制Fe3O4与正硅酸四乙酯的加入比,控制Fe3O4外SiO2层的包裹厚度,当SiO2层的包裹厚度厚会影响终产物磁珠的磁性强度。
本发明方法的合成路线为:
本发明制得的聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠应用于核酸富集分离的原理为:在一定浓度NaCl和PEG溶液的协同作用下,游离的DNA分子被沉淀下来,借助Na+的盐桥作用,实现Fe3O4磁珠对DNA的结合,达到分离富集检测的目的。
本发明制得的聚乙烯醇修饰的Fe3O4在细菌质粒DNA提取方面的应用,具体为:
S1、裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清液;向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎,然后加入400μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清;取出离心管,然后加入300μL细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm下离心5~10min,留上清液,得到细菌裂解液;
S2、结合:取15μL Fe3O4磁珠浓度为10mg/mL的悬浮液,悬浮液是将磁珠分散在水里,与结合缓冲液按合适体积比混匀,然后加入S1所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min;磁分离20s后,弃上清液,向离心管中加入质量分数为70%乙醇溶液洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留;所用结合缓冲液为质量分数20%PEG 8000和浓度2mol/L NaCI的混合溶液,结合缓冲液和悬浮液的体积比为50:1;
S3、洗脱:加入TE缓冲溶液洗脱吸附在Fe3O4磁珠表面的DNA,65℃水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清液至新的离心管,获得细菌组DNA。
有益效果:(1)本发明方法制得的聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠尺寸均一,不同批次间尺寸差异小且重现性良好;(2)本发明方法制得的Fe3O4磁珠磁性核心占比高,四氧化三铁外的二氧化硅和聚乙烯醇共同形成的壳层厚度为10nm以下,而Fe3O4核尺寸大,为400nm左右,磁性核心占比高,磁性强,磁珠的饱和磁强度为77.21emu/g,磁响应时间为20s,具有磁响应速度快、分离时间短的优点,在磁分离过程中,能够实现30s以内的快速分离;(3)本发明方法制得的Fe3O4磁珠表面富含羟基基团,材料在样品中分散稳定性良好,在一定浓度PEG和NaCl溶液协助下,与游离的DNA分子实现结合,从而实现其能够应用于微量核酸的分离富集;(4)本发明制得的聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠DNA提取灵敏度高,能够在较低的浓度下,实现DNA实时荧光PCR扩增,Ct值为18。
附图说明
图1为实施例1制得的Fe3O4磁珠提取细菌质粒DNA的流程以及原理图;
图2为实施例1制得的Fe3O4磁珠的磁滞回线图;
图3为不同Fe3O4磁珠用量对细菌质粒DNA提取效率的影响;
图4为不同浓度NaCl对Fe3O4磁珠细菌质粒DNA提取效率的影响;
图5为不同浓度PEG 8000对Fe3O4磁珠细菌质粒DNA提取效率的影响;
图6为洗脱温度对Fe3O4磁珠细菌质粒DNA提取效率的影响;
图7为在优化条件下,Fe3O4磁珠与Fe3O4@SiO2提取细菌质粒DNA的磁响应速度对比图;
图8为在优化条件下,Fe3O4磁珠与Fe3O4@SiO2提取细菌质粒DNA的实时PCR扩增结果图。
图9为在优化条件下,Fe3O4磁珠与Fe3O4@SiO2提取细菌质粒DNA的荧光PCR扩增结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
本发明基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,包括如下步骤:
(1)将200mgFe3O4@SiO2超声分散于40mL无水DMSO中,搅拌(搅拌速度100r/min)后往其中加入200μL1,6-己二基二异氰酸酯,得到异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2
(2)将步骤(1)中200mg异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2分散于20mL质量浓度为1%的聚乙烯醇DMSO溶液中,反应后得到聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠。超声混匀后测定固含量,即每毫升溶液中,聚乙烯醇包覆的四氧化三铁磁珠的质量为4.2mg/mL。
从图2可以看出,制得的聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠呈现超顺磁性,无任何磁滞现象,饱和磁强度为77.21emu/g。
实施例2
聚乙烯醇修饰Fe3O4磁珠加入量的不同对细菌质粒DNA提取效率的影响:
(1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:设置磁珠用量梯度,分别取5μL、10μL、15μL、20μL、25μL和30μL浓度为10mg/mL的聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠与结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中结合缓冲液中NaCl浓度为2mol/L,PEG 8000质量分数为20%。然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min;磁分离,弃上清,向离心管中加入70%乙醇洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留。
(3)洗脱:加入pH=8的TE缓冲溶液洗脱吸附在材料表面的DNA,65℃水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清至新的离心管,获得细菌组DNA。
(4)检测:借助Nanodrop 2000微量紫外分光光度计测定DNA浓度;具体如下,首先将得到的细菌组DNA摇动混匀,取1μL滴加到检测台上,读出DNA浓度。然后依据公式q=C×V/m,计算得到提取DNA的效率。其中,q为提取DNA的效率(mg/g),m为加入的聚乙烯醇修饰的磁珠质量(μg),C为得到的DNA浓度,V为得到的细菌DNA的体积。
从图3的结果可以看出,随着聚乙烯醇修饰Fe3O4磁珠加入量的增加,提取DNA量效率先是不断增加,然后逐渐降低,推测原因可能为菌液中DNA总量有限,磁珠吸附已经达到饱和。(加入量增加提取量降低的原因是随着磁珠加入量增加,分母增大,分子不变,提取效率降低),临界点加入聚乙烯醇修饰Fe3O4磁珠的体积为15μL。可以得出,当聚乙烯醇修饰Fe3O4磁珠的加入量为15μL,吸附效率最高。
实施例3
结合缓冲液中NaCl浓度的不同对细菌质粒DNA提取效率的影响:
(1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:取15μL、10mg/mL聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠与一系列结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中,结合缓冲液中NaCl浓度分别为0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、3.0mol/L和3.5mol/L。然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min。磁分离,弃上清,向离心管中加入70%乙醇洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留。
(3)洗脱:加入pH=8的TE缓冲溶液洗脱吸附在材料表面的DNA,65℃水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清至新的离心管,获得细菌组DNA。
(4)检测:借助Nanodrop 2000微量紫外分光光度计测定DNA浓度。具体如下,首先将得到的细菌组DNA摇动混匀,取1μL滴加到检测台上,读出DNA浓度。然后依据公式q=C×V/m,计算得到提取DNA的效率。其中,q为提取DNA的效率(mg/g),m为加入的聚乙烯醇修饰的磁珠质量(μg),C为得到的DNA浓度,V为得到的细菌DNA的体积。
从图4可以看出,随着NaCl浓度的增加,提取DNA的效率是不断增加,然后逐渐降低。可以得出,当NaCl浓度为2.5mol/L时,吸附效率最高。原因是当NaCl浓度不断升高,溶液中离子强度增大,聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠出现聚沉现象,影响其吸附效率。
实施例4
结合缓冲液中PEG 8000浓度的不同对细菌质粒DNA提取效率的影响:
(1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:取15μL、10mg/mL聚乙烯醇修饰的高磁性Fe3O4与一系列结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中,结合缓冲液中PEG 8000质量分数分别为5%、10%、15%、20%、25%和30%,然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min。磁分离,弃上清,向离心管中加入70%乙醇洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留。
(3)洗脱:加入pH=8的TE缓冲溶液洗脱吸附在材料表面的DNA,65℃水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清至新的离心管,获得细菌组DNA。
(4)检测:借助Nanodrop 2000微量紫外分光光度计测定DNA浓度。具体如下,首先将得到的细菌组DNA摇动混匀,取1μL滴加到检测台上,读出DNA浓度。然后依据公式q=C×V/m,计算得到提取DNA的效率。其中,q为提取DNA的效率(mg/g),m为加入的聚乙烯醇修饰的磁珠质量(μg),C为得到的DNA浓度,V为得到的细菌DNA的体积。
从图5可以看出,随着PEG 8000质量分数的增加,提取DNA的效率先是不断增加,然后略微降低,但分离时间显著增加。原因是PEG 8000质量分数过高时,混合液黏性增强,磁性粒子扩散受阻,混合和磁分离时间延长,给实际操作带来了一定困难。由此可以得出,当PEG 8000质量分数为15%,分离时间短且吸附效率最高。
实施例5
洗脱温度的不同对细菌质粒DNA提取效率的影响:
(1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:取15μL、10mg/mL聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠与一系列结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中,结合缓冲液中NaCl的浓度为2.5mol/L,PEG 8000质量分数分别为15%,然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min。磁分离,弃上清,向离心管中加入70%乙醇洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留。
(3)洗脱:分别加入pH=8的TE缓冲溶液洗脱吸附在材料表面的DNA,分别在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃条件下水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清至新的离心管,获得细菌组DNA。
(4)检测:借助Nanodrop 2000微量紫外分光光度计测定DNA浓度。具体如下,首先将得到的细菌组DNA摇动混匀,取1μL滴加到检测台上,读出DNA浓度。然后依据公式q=C×V/m,计算得到提取DNA的效率。其中,q为提取DNA的效率(mg/g),m为加入的聚乙烯醇修饰的磁珠质量(μg),C为得到的DNA浓度,V为得到的细菌DNA的体积。
从图6可以看出,随着洗脱温度的增加,提取得到的DNA量先是不断增加,然后略微降低。原因是温度升高减弱了DNA和材料间的相互作用,提取的细菌DNA更容易脱附下来,脱附效率显著提高。但温度过高给实际操作带来了一定麻烦,相应操作繁琐(如冷却到室温时间长,影响后续相关PCR实验的开展)、升温时间长(水浴升温时间长)。由此可以得出,当洗脱温度为70℃,脱附效率最高。
实施例6
为了凸显本发明制备的聚乙烯醇修饰的Fe3O4提取质粒DNA的磁响应速度快,将聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠与Fe3O4@SiO2提取细菌质粒DNA的磁响应速度进行了对比:
1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:分别取15μL、10mg/mL聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠、Fe3O4@SiO2与结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中,结合缓冲液中NaCl的浓度为2.5mol/L,PEG 8000质量分数分别为15%,然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min。磁分离,弃上清,评估磁分离速度快慢。
磁响应速度结果如图7所示,可以清楚的看到,相较于Fe3O4@SiO2(图8左),在外部磁场作用下,聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠可以在20s内快速响应,而Fe3O4@SiO2响应时间稍稍延长。因此,可以得出结论,本发明制得的聚乙烯醇修饰的Fe3O4具有快的磁响应速度,将其应用于微量核酸的分离,大大节省时间。
实施例7
为了凸显本发明制备的聚乙烯醇修饰的Fe3O4提取质粒DNA的效率高,将聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠与Fe3O4@SiO2提取细菌质粒DNA的效果进行了对比:
(1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:分别取15μL、10mg/mL聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠、Fe3O4@SiO2与结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中,结合缓冲液中NaCl的浓度为2.5mol/L,PEG 8000质量分数分别为15%,然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min。磁分离,弃上清,向离心管中加入70%乙醇洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留。
(3)洗脱:分别加入pH=8的TE缓冲溶液洗脱吸附在材料表面的DNA,分别在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃条件下水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清至新的离心管,获得细菌组DNA。
(4)PCR扩增:选用的合适的Mix体系进行扩增,具体条件如下:首先依次在PCR扩增管中加入5μL 2×mix buffer,2μL ddH2O,上游引物和下游引物各1μL,模板为提取的细菌DNA2μL,总体积为10μL。然后将其放入PCR扩增仪进行扩增,循环扩增条件如下:95℃预变性2min,94℃变形30s,61℃退火30s,72℃预延伸30s,72℃延伸10min,循环次数为35次。
PCR扩增结果如图8所示,聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠和Fe3O4@SiO2提取的乙肝病毒质粒DNA均得到了良好的扩增。相较于Fe3O4@SiO2,聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠对应的条带更亮,说明聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠提取出的初始DNA模板量比Fe3O4@SiO2多,由此可以得出结论,本发明制得的聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠具有良好的DNA提取效果,可以将其应用于微量核酸的检测。
实施例8
为了凸显本发明制备的聚乙烯醇修饰的Fe3O4提取质粒DNA的灵敏度更高,将聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠与Fe3O4@SiO2提取细菌质粒DNA的荧光PCR扩增结果进行了对比:
(1)裂解:菌体裂解液的制备:取过夜培养液于离心管中,4℃下10000r/min条件离心5min,弃上清。向离心管中加入200μL溶菌酶溶液重悬菌体,37℃水浴30min,间或混匀直至细胞壁破碎。然后加入200μL细菌裂解液I和20μL蛋白酶K,震荡混匀5-6次,至溶液完全澄清。取出离心管,然后加入细菌裂解液II,充分混匀,12000rpm离心5~10min,留上清,得到细菌裂解液。
(2)结合:分别取15μL、10mg/mL聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠、Fe3O4@SiO2与结合缓冲液按体积比1:50混匀,其中,结合缓冲液中NaCl的浓度为2.5mol/L,PEG 8000质量分数分别为15%,然后分别加入(1)所得的细菌裂解液中,吹打混匀,室温静置1min。磁分离,弃上清,向离心管中加入70%乙醇洗涤2~3次,晾干至管内无液体残留。
(3)洗脱:分别加入pH=8的TE缓冲溶液洗脱吸附在材料表面的DNA,分别在40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃条件下水浴5~10min,间或混匀,磁分离,小心取上清至新的离心管,获得细菌组DNA。
(4)荧光PCR扩增:选用的合适的Mix体系进行扩增,具体条件如下:首先依次在PCR扩增板中加入10μL 2×mix buffer,6μL ddH2O,上游引物和下游引物各0.5μL,探针0.5μL,模板为提取的细菌DNA2.5μL,总体积为20μL。然后将其放入PCR扩增仪进行扩增,循环扩增条件如下:95℃预变性2min,94℃变形15s,61℃退火30s,72℃预延伸30s,72℃延伸10min,循环次数为40次。
荧光PCR扩增结果如图9所示,可以明显看到,聚乙烯醇修饰的Fe3O4磁珠和Fe3O4@SiO2提取的乙肝病毒质粒DNA均得到了良好的扩增,当荧光PCR扩增信号到达设定阈值时,相应的Ct值分别为18和22,即达到相同的荧光强度时,聚乙烯醇修饰的Fe3O4循环圈数更少,灵敏度更高。

Claims (6)

1.一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,其特征在于,所述制备方法为在有机溶剂中,以1,6-己二基二异氰酸酯作为交联剂将Fe3O4@SiO2与聚乙烯醇进行桥联得到聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠。
2.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
(1)将Fe3O4@SiO2超声分散于无水DMSO中,搅拌下再往其中加入1,6-己二基二异氰酸酯,得到异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2
(2)将步骤(1)得到的异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2分散于聚乙烯醇的DMSO溶液中,反应后得到聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠。
3.根据权利要求2所述的基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,Fe3O4@SiO2中Fe3O4的尺寸为15~400nm,二氧化硅壳层厚度为5~10nm。
4.根据权利要求2所述的基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,对于每g Fe3O4@SiO2,1,6-己二基二异氰酸酯的加入量为不大于1mL。
5.根据权利要求2所述的基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,聚乙烯醇的DMSO溶液中,聚乙烯醇的质量分数为1~1.5%。
6.根据权利要求2所述的基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,异氰酸基修饰的Fe3O4@SiO2与聚乙烯醇DMSO溶液的质量体积比为10:1。
CN202210445458.2A 2022-04-26 2022-04-26 一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法 Active CN114906876B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210445458.2A CN114906876B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210445458.2A CN114906876B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114906876A CN114906876A (zh) 2022-08-16
CN114906876B true CN114906876B (zh) 2023-08-04

Family

ID=82765741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210445458.2A Active CN114906876B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114906876B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115430410A (zh) * 2022-08-22 2022-12-06 四川大学华西医院 一种由苯胺化修饰的磁珠复合物及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102294208A (zh) * 2010-06-23 2011-12-28 北京金麦格生物技术有限公司 一种聚乙烯醇和二氧化硅复合包被多孔磁珠的制备方法及应用
CN107490681A (zh) * 2017-09-29 2017-12-19 安徽安龙基因科技有限公司 一种EpCAM抗体免疫磁珠的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200124592A1 (en) * 2017-06-30 2020-04-23 Apostle, Inc. Magnetic nanoparticle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102294208A (zh) * 2010-06-23 2011-12-28 北京金麦格生物技术有限公司 一种聚乙烯醇和二氧化硅复合包被多孔磁珠的制备方法及应用
CN107490681A (zh) * 2017-09-29 2017-12-19 安徽安龙基因科技有限公司 一种EpCAM抗体免疫磁珠的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Green, cost‐effective and efficient procedure for Heck and Sonogashira coupling reactions using palladium nanoparticles supported on functionalized Fe3O4@SiO2 by polyvinyl alcohol as a highly active, durable and reusable catalyst;Ali Reza Sardarian等;《Appl Organometal Chem.》;e4856 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114906876A (zh) 2022-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2965131B2 (ja) 核酸結合用磁性担体およびそれを用いる核酸単離方法
US10724031B2 (en) Highly active silica magnetic nanoparticles for purifying biomaterial and preparation method thereof
US8697020B2 (en) Silica magnetic particles having a spherical form and a process for preparing the same
Min et al. Isolation of DNA using magnetic nanoparticles coated with dimercaptosuccinic acid
US7964380B2 (en) Nanoparticles for manipulation of biopolymers and methods of thereof
US20070026435A1 (en) Hydroxysilane functionalized magnetic particles and nucleic acid separation method
Ma et al. Magnetic nanoparticles-based extraction and verification of nucleic acids from different sources
CN113004546B (zh) 一种硅羟基磁珠及其制备方法和应用
Fan et al. A new method of synthesis well-dispersion and dense Fe3O4@ SiO2 magnetic nanoparticles for DNA extraction
CN111330558B (zh) 一种用于痕量核酸提取纯化的磁性微球制作方法
EP1260595A2 (en) Nucleic acid-bondable magnetic carrier and method for isolating nucleic acid using the same
CN110548489B (zh) 一种氨基磁性纳米粒子的制备方法及其在dna提取中的应用
CN114906876B (zh) 一种基于聚乙烯醇修饰的四氧化三铁磁珠的制备方法
CN113058545A (zh) 一种新型磁珠及其制备方法
KR20070018501A (ko) 고순도 및 고용량으로 dna를 분리 정제할 수 있는아미노 치환기를 가지는 실리카 코팅 자성나노입자와 그의제조방법
DE102006054173A1 (de) Verfahren zur Herstellung von magnetischen Kieselsäurepartikeln
CN114870759B (zh) 树莓状硅羟基磁性微球的制备方法
CN113584129B (zh) p53基因检测探针、所得生物传感器及其应用
KR101800004B1 (ko) 산화그래핀으로 수식된 자성 비드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 핵산의 분리방법
Patil et al. Superparamagnetic core/shell nanostructures for magnetic isolation and enrichment of DNA
CN114231596B (zh) 基于CRISPR/dcas9和磁纳米材料的基因检测方法及应用
US20240025759A1 (en) Magnetic nanoparticles for sample separation
CN116272903A (zh) 用于提取纯化dna的离子型磁珠及其制备方法和应用
CN110196324B (zh) 磁性介孔二氧化硅纳米粒子探针及其制备方法和应用
KR20240069796A (ko) 샘플 분리를 위한 자성 나노입자

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant