在过去的几十年里，磁性纳米颗粒（MNPs）越来越多地用于分离和区分生物分子，这也是目前大多数分子诊断程序的基础。MNPs的大小、形态和分散性赋予了它们对生物分子的特异性、亲和力和结合能力。

磁性纳米颗粒在DNA分离中的应用

许多分子方法（如PCR、实时PCR和测序）应用于微生物检测的先决条件是从复杂混合物中分离出高质量的DNA。然而，由于这种复杂混合物中经常存在细胞或其他污染物，分子生物学中使用的许多反应和技术将受到干扰。

DNA提取的经典方法是结合细胞裂解，通过一系列沉淀和离心步骤去除细胞污染物和细胞外成分。然而，这一过程需要添加有害化学物质，而且很难实现自动化。在70年代末，研究人员发现二氧化硅作为吸附剂是DNA分离的理想选择， 然后它成为了目前大多数DNA分离试剂盒的基础原料。这一发现也使分离过程易于自动化。如今，用于从多种生物样品中分离DNA的商业试剂盒使用二氧化硅涂层的磁性颗粒。最近，两种不同类型的超顺磁性纳米颗粒已被成功应用于从海洋样品中分离鞭毛藻DNA，以收集可用于检测有毒物种的PCR准备DNA。其中一种纳米颗粒被二氧化硅包覆，平均粒径为150 nm，另一种纳米颗粒含有琼脂糖衍生物，以二乙基氨基乙基（DEAE）基作为支撑材料。当这些材料应用于下游PCR反应时，DNA产率和扩增结果令人满意，表明它们是基于固定化硅质树脂和超顺磁性聚合物颗粒的商用试剂盒的有效替代品。此外，相关实验还表明，二氧化硅包裹的纳米颗粒在从那些用卢戈氏碘液固定的样品中提取DNA时具备最佳产率。

Saiyed等人将可磁化固相支撑（MSPS）技术应用于生物领域，发现使用磁性纳米颗粒从所有样品中分离出的DNA的质量和产率高于传统的DNA提取程序。在含有0.5μgml-1溴化乙啶的0.8%琼脂糖凝胶中电泳后，对DNA的产率进行了量化，并使用凝胶记录系统通过紫外透照器进行了可视化。从图1中可以看出，使用磁性纳米颗粒作为固体载体，琼脂糖凝胶中回收的DNA平均产率为80%（80±5%），而采用苯酚萃取和自旋柱法获得的DNA平均产率在50-60%之间。

图1：（a）用磁性纳米颗粒对从人血细胞中分离的基因组DNA进行琼脂糖凝胶电泳。通道：1=DNA分子量标记（λ噬菌体DNA/Hind III消化）；2-4=从人血细胞中分离的基因组DNA（23 kb）（从含有分离DNA的试管中装入等量）；（b）琼脂糖凝胶洗脱提取DNA的琼脂糖凝胶电泳。通道:1=DNA分子量标记（λ噬菌体DNA/Hind III消化）；2=用磁性纳米颗粒作为固相吸附剂洗脱DNA；3=用苯酚萃取法洗脱的DNA；4=用玻璃棉自旋柱法洗脱DNA

对于DNA测序，基于DNA在高盐浓度和PEG下与羧基包覆的超顺磁颗粒表面结合的原理，相关研究者开发了一种名为固相可逆固定化（SPRI）的DNA分离程序。这一技术显示了磁颗粒技术在自动化、高样品通量和降低成本方面的巨大潜力。目前，SPRI已成功应用于自动化系统，每天可以低成本处理数千个样品。磁颗粒技术的另一个应用是开发用于DNA杂交实验的基于超顺磁性纳米颗粒的纳米传感器。这一应用可以被进一步改进用于设计生物相容性磁性纳米传感器，这种纳米传感器可以在低飞摩尔范围内灵敏地检测特定的mRNA、蛋白质、酶活性和病原体。

磁性纳米颗粒在RNA分离中的应用

那些市售的RNA分离试剂盒一般基于以下两种策略:

1）在4M硫氰酸胍和0.1Mβ-巯基乙醇中均质，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离程序。

然而，在提取过程中仍然存在处理时间长、样品通量大和RNA降解等问题。磁性分离技术已经显示出其改善RNA分离性能的潜力，包括减少纯化时间、RN A

降解和成本。通常情况下，第一步是通过将二氧化硅包覆的磁珠直接添加到均质样品中来纯化核酸。接下来的洗涤步骤是从磁珠和结合的核酸中去除蛋白质和盐类，然后加入DNase去除基因组DNA。最后，用低盐缓冲液洗脱纯化后的RNA。这种RNA的质量通常比较高，可以用于实时RT-PCR和微阵列（图 2）。

图 2：（A）羧基包裹MNPs的透射电镜图像；（B）利用MNPs从MDA-MB-231 细胞中分离mRNA。通道1: RNeasy Mini Kit分离的RNA；通道2：用50μg MNPs分离的mRNA；通道 3：100μg MNPs分离的mRNA；通道4：200μg MNPs分离的mRNA；（C）PCR产物琼脂糖凝胶显示b-actin扩增。通道1：DNA 标记；通道2和通道3：分别从200μg和100μg MNPs分离的mRNA中提取 b-肌动蛋白。

mRNA的分离涉及mRNA的poly A序列与共价连接到固体载体上的oligo（dT）序列之间的特异性互补杂交。在这种情况下，基于磁的分离技术也显示出提高产量、减少纯化时间和成本的能力。将Oligo（dT）包覆的磁珠装入裂解物样品中，Poly（A）mRNA将在孵育过程中被这些磁珠捕获。然后，将磁珠-mRNA复合物洗涤以丢弃所有未结合的分子。最后，mRNA 将被洗脱或直接用于下一个实验。

参考文献

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.

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.

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.

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