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(huán)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(guò)程是可逆的，在適當(dāng)條件下，結(jié)合的DNA分子可以被洗脫回收。

納米級(jí)別的磁珠表面性質(zhì)不同，分離原理也不盡相同，但基本上固態(tài)的球狀材料組成并無(wú)太大差異，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一般分為3層，最內(nèi)層的核心是聚苯乙烯、第二層包裹磁性物質(zhì)——四氧化三鐵（Fe3O4），最外層表面是羧基（-COOH）修飾的高分子材料所構(gòu)成，其中羧基行使與核酸結(jié)合的工作。

在整個(gè)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(shí)間等等）。DNA在一定濃度的PEG存在條件下，NaCl或MgCl2促進(jìn)條件下，使DNA發(fā)生脫水反應(yīng)，分子構(gòu)象會(huì)發(fā)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(shí)隨PEG分子量、濃度以及鹽濃度的不同，不同長(zhǎng)度的DNA可以被選擇性的沉淀出來(lái)。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(zhǎng)度DNA的分子構(gòu)象，同時(shí)增加體系的粘稠程度，使磁珠存在其中處于懸浮狀態(tài)，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(zhì)具有相容性，也可去除樣品中的蛋白質(zhì)。

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(dāng)處于PEG和鹽離子環(huán)境中的DNA，因脫水作用而發(fā)生分子構(gòu)象改變后，會(huì)暴露出磷酸骨架上大量的帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)，與表面帶負(fù)電荷的羧基磁珠結(jié)合，但如何解釋負(fù)負(fù)電荷之間的作用，目前還不得而知。但普遍認(rèn)為，這是由于帶正電荷的鹽離子的作用（如Na+）。帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)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(dāng)PEG和鹽類被去除之后，加入水性分子，會(huì)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(lái)。 

磁珠的出現(xiàn)，使得核酸制備的實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，同時(shí)相較于傳統(tǒng)的回收方式，還具有3個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：

1）效率更高，以DNA為例，1 mu/L磁珠的承載量可達(dá)7 mu/g；

2）避免使用有機(jī)溶劑，如酚類、氯仿等等，更加安全；

3）操作簡(jiǎn)單，無(wú)需離心，也更有利于保留核酸的完整性。

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.

5. Hong-yang Yu. The Mechanism Study of Plasmid DNA abstraction based on SPRI. Biological Science，2003.

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(jīng)過(guò)不同功能基團(tuán)的有效包被，可實(shí)現(xiàn)對(duì)核酸的高通量、自動(dòng)化提取，已廣泛應(yīng)用于基因測(cè)序、分子診斷等領(lǐng)域。翌圣生物根據(jù)目前市場(chǎng)磁珠需求，集中專業(yè)科研人員，致力于磁珠系列產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)，目前已經(jīng)擁有多款高品質(zhì)核酸磁珠類產(chǎn)品，可應(yīng)用于基因測(cè)序、PCR、克隆等多種實(shí)驗(yàn)！