四种核酸提取磁性纳米颗粒的研制及其应用

来源 :兰州大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:muyi_wang
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目的研制Fe3O4、PDA@Fe3O4、SiO2@Fe3O4、CTA@Fe3O4四种氧化铁纳米颗粒,检测其理化性能,优化并评价四种磁珠法基因组DNA提取纯化体系,同时评价不同修饰基团的磁性纳米颗粒提取的基因组DNA对高分辨熔解曲线(HRM)进行SNP基因分型能力的影响。方法采用水热法制备四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒内核,再通过化学修饰分别将聚多巴胺(PDA)、二氧化硅(SiO2)及壳聚糖(CTA)包覆于纳米氧化铁磁珠表面。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)和Zeta电位测定等分析技术对Fe3O4、PDA@Fe3O4、SiO2@Fe3O4和CTA@Fe3O4磁珠的微观形貌和理化性能进行表征。以离心柱提法为对照,采用独立样本t检验进行统计学处理,评价修饰磁珠及裸核磁珠提取DNA的得率和纯度,并计算最大提取能力。针对rs2302515C>G,rs12641369G>A、rs2725252G>T和rs3114018C>A 4个SNP位点,分别取上述方法提取的DNA作为模板进行PCR-HRM检测;以Sanger测序作为金标准,评价检测的灵敏度和特异性;通过重复性实验评价其重复性和再现性。结果(1)在透射电子显微镜观察四种纳米氧化铁磁珠,呈球形颗粒状,形态大小基本一致,粒径在100 nm左右,分布较分散;XRD检测结果显示其衍射峰位置与标准参数相一致,对应于的晶面指数为(220),(311),(400),(422),(511)和(533),没有其它杂质峰出现,产物均为单相立方晶型;红外光谱结果显示PDA@Fe3O4的特征吸收峰在3418 cm-1,2922 cm-1,1466 cm-1和876 cm-1处;SiO2@Fe3O4的特征吸收峰在1082 cm-1处;CTA@Fe3O4的特征吸收峰在1648cm-1、1603 cm-1和1385 cm-1处,证明多巴胺、二氧化硅和壳聚糖被成功修饰在磁珠表面,并且通过静电力、氢键和范德华力等方式结合。磁滞回线结果显示四种磁珠的磁化强度在场强为-2500 Oe时开始提高,-2000 Oe2000 Oe区间提升最为明显,在3000 Oe时基本达到饱和程度,Fe3O4、PDA@Fe3O4、SiO2@Fe3O4和CTA@Fe3O4的饱和磁化强度值分别为71.5 emug-1、40.7 emug-1、46.5 emug-1和58.9 emug-1;Zeta电位测定结果显示,随着溶液pH增加,Zeta电位值均逐渐降低,Fe3O4、PDA@Fe3O4、SiO2@Fe3O4和CTA@Fe3O4在体系中的等电点分别为5.0、5.5、7.2和6.5。(2)五种核酸最优化提取体系的提取质量结果显示,PDA@Fe3O4的核酸得率比离心柱法高(P<0.05);SiO2@Fe3O4法提取得率与离心柱法相当,且差异无统计学意义(P>0.05);CTA@Fe3O4法及Fe3O4法DNA提取得率均比柱提法低,且具有显著性差异(P<0.01);PDA@Fe3O4法、SiO2@Fe3O4法和CTA@Fe3O4法、Fe3O4法与柱提法相比A260/A280比值无统计学差异(P>0.05);PDA@Fe3O4法、SiO2@Fe3O4法和CTA@Fe3O4法和Fe3O4法(1.60±0.14)的A260/A230比值比柱提法低,差异具有统计学意义(P<0.01)。Fe3O4法、PDA@Fe3O4法、SiO2@Fe3O4法和CTA@Fe3O4法对DNA的最大吸附能力分别为23.3 mg/g、116.7 mg/g、96.4 mg/g及48.3 mg/g。(3)检验性能评价结果显示,除2例样本的熔解曲线均发生飘移接受复查外,其余标本均可直接基因分型;四种核酸提取方法的最终分型结果灵敏度和特异性均达到100%。在重复性实验中,四种核酸提取方法及SNP位点对应的熔解曲线Tm值的CV均在0.04%0.15%之间;在再现性实验中,四种磁珠核酸提取法SNP位点对应的熔解曲线Tm值的CV均在0.07%0.32%之间,尽管批间的熔解曲线有轻微的波动,但不影响基因正确分型。4个位点10次批内和10次批间重复试验均显示重复性和再现性良好。统计学分析显示除rs2302515C>G外,rs12641369G>A、rs2725252G>T和rs3114018C>A的纯合型与野生型Tm值均存在显著性差异(P<0.01),即可明确区分不同纯合基因型。结论本研究成功制备了四种可用于核酸提取的磁性纳米颗粒,自建的四种磁珠法核酸提取体系对PCR-HRM检测结果的影响很小,可对rs12641369G>A、rs2725252G>T、rs3114018C>A、rs2302515C>G 4个SNP位点进行常规化基因分型,且具备良好的检测性能,具有一定的临床应用价值。
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