磁珠最初由挪威科技大學(xué)化學(xué)家John Ugelstad構(gòu)想，經(jīng)過改進(jìn)，現(xiàn)常見的納米級(jí)磁珠種類多樣，分離原理因表面性質(zhì)不同而異，但其材料和基本結(jié)構(gòu)相似。磁珠的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分為三層：最內(nèi)層為聚苯乙烯，第二層包裹磁性物質(zhì)Fe?O?，最外層為修飾的官能團(tuán)（如羧基），可與核酸結(jié)合。不同表面基團(tuán)決定了磁珠的下游應(yīng)用，如核酸提取、純化和生物素捕獲等。

圖1. 磁珠結(jié)構(gòu)示意圖

商業(yè)化磁珠體系包括磁珠、PEG、鹽離子等，影響DNA回收的因素主要是PEG、DNA大小與濃度、孵育時(shí)間等。其中，PEG是決定性因素。高濃度PEG和NaCl促使DNA脫去水化層，壓縮為球狀，暴露帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)，通過Na⁺與磁珠表面的羧基形成“電橋”，使DNA吸附在磁珠上。去除PEG和NaCl后，水化作用解除離子鍵，DNA被純化出來。不同長度的DNA可根據(jù)PEG和鹽濃度變化選擇性沉淀。

圖2. 磁珠吸附DNA原理示意圖

磁珠憑借其高通量，適用于自動(dòng)化的特點(diǎn)在高通量測序中備受推崇，并廣泛用于NGS建庫中DNA的提取、純化和分選。

磁珠法提取中，細(xì)胞裂解液作為蛋白變性劑，可裂解細(xì)胞并使核酸釋放。磁珠帶正電，易吸附帶負(fù)電的核酸。結(jié)合后通過洗滌和磁場捕獲去除雜質(zhì)，最后用洗脫液解離核酸。純化的DNA/RNA可用于PCR等檢測。該方法廣泛應(yīng)用于診斷行業(yè)，且支持高通量、自動(dòng)化的核酸提取。

圖3. 磁珠核酸提取流程示意圖

DNA純化的目的是去除非目標(biāo)片段。磁珠優(yōu)先吸附大片段，通過控制磁珠比例可選擇性吸附特定大小的DNA，丟棄上清中的小片段，最終洗脫回收目標(biāo)DNA。常用于去除小片段如接頭二聚體/引物二聚體，或用于樣本富集。

圖4. DNA純化流程示意圖

DNA磁珠純化過程中會(huì)有部分樣本損失，回收效率可通過公式計(jì)算：回收效率 =（純化后DNA質(zhì)量 / Input DNA質(zhì)量）× 100%。數(shù)據(jù)顯示，翌圣DNA磁珠批次穩(wěn)定性良好，回收效率與XP磁珠相當(dāng)，是高性價(jià)比的替代產(chǎn)品。

表1. 磁珠回收效率計(jì)算

【注】：磁珠測試數(shù)據(jù)來源于上海某生物公司，表格中A為AMPure XP磁珠；B、C、D分別是翌圣磁珠三個(gè)不同批次。

二代測序要求NGS文庫達(dá)到特定長度，片篩用于從片段化DNA中篩選目標(biāo)片段。利用磁珠優(yōu)先吸附大片段的特點(diǎn)，第一輪吸附大片段后棄磁珠留上清，目標(biāo)片段在上清中。第二輪磁珠吸附目標(biāo)片段，棄上清后洗脫回收目的片段。

圖5. DNA雙輪分選流程示意圖

分選精度評估不同磁珠投入比例下分選的片段大小，通常通過Agilent 2100儀器檢測。

在特定磁珠比例下，不同樣本的片段分布應(yīng)集中于同一位置，理想的分選效果為頂部窄而圓潤的獨(dú)峰。不同廠家由于buffer差異，在特定磁珠比例下分布會(huì)有所不同，使用前需參照說明書確認(rèn)目標(biāo)片段的分選比例。數(shù)據(jù)顯示，相同分選比例下，翌圣磁珠與進(jìn)口XP磁珠的分選效果高度一致。

表2. 分選效率計(jì)算

【注】：磁珠測試數(shù)據(jù)來源于上海某生物公司，表格中A為AMPure XP磁珠；B、C、D分別是翌圣磁珠三個(gè)不同批次。

Hieff NGS^® DNA Selection Beads基于SPRI原理，結(jié)合優(yōu)化的緩沖體系，適用于二代測序文庫中的DNA片段分選和純化。該產(chǎn)品兼容各品牌的建庫試劑盒，片段回收效率和文庫大小分布與XP磁珠相似。值得注意的是，翌圣磁珠的價(jià)格可低至3元/庫，與進(jìn)口XP磁珠達(dá)到3倍之差！

表3. Hieff NGS^® 系列磁珠產(chǎn)品推薦