具有表面电荷反转能力磁性粒子的制备及其在DNA提取中的应用研究

传统的基于盐桥作用的DNA提取方法由于其提取效率较低，已经成为DNA分析技术应用推广的一个制约因素。本项目拟通过原子自由基聚合反应在磁性Fe3O4/SiO2复合粒子表面修饰两性聚电解质，以期制备在不同溶液环境下能够实现表面电荷反转的磁性复合粒子。研究不同溶液条件下粒子表面电荷的变化规律及其对DNA吸附和脱附过程的影响。通过调节粒子表面与DNA的静电吸引和排斥作用，调控DNA在粒子表面的吸附和脱附效率，为DNA的高效提取奠定材料基础。

项目执行期间，围绕具有表面电荷反转能力的复合磁性粒子的构建及其与DNA相互作用开展了研究工作。利用表面修饰技术构建了具有表面电荷反转能力的纳米粒子；通过调控粒子表面电性质实现了对DNA的高效提取；通过对Fe3O4纳米粒子表面性质的调控，发展了多种单分散复合磁性粒子的制备方法，为发展新型高效的DNA自动化提取技术提供了材料基础。相关研究成果共发表SCI检索文章10篇，申请发明专利5项，其中4项已获授权。.1．构建了粒子表面电荷可反转的模型体系。利用不同比例的长链巯基羧酸和巯基胺对模型纳米粒子表面进行修饰，获得了粒子表面电荷随溶液pH值改变发生反转的模型体系。系统研究了DNA分子在粒子表面电荷反转过程中的吸附和脱附行为，通过引入直接静电作用使DNA在该粒子表面的吸附效率提高到90%，脱附效率提高至约100%。进一步利用不同等电点的蛋白质分子修饰金纳米粒子构建了类似的电荷反转体系，克服了氨基/羧基共修饰方法步骤繁琐、难于定量的缺陷。.2．建立了单分散磁性复合粒子的制备方法，首先通过对Stöber 体系的深入研究及对磁性Fe3O4粒子表面性质的调控，制备了近单分散的、高磁性物质含量的Fe3O4/SiO2复合微球，相关结果对于其它种类SiO2复合粒子的制备具有借鉴意义；解决了Fe3O4聚集体在金还原体系中的胶体稳定性问题，实现了复合磁性粒子表面连续金壳层可控生长制备。利用基于金粒子的表面修饰方法可以构建具有表面电荷可反转特性的磁性复合粒子，可以满足DNA自动化提取的要求。.3．探索并发展了利用多种分子间作用实现DNA高效提取的方法。通过在Fe3O4/SiO2复合粒子表面修饰金属离子，将配位作用引入到DNA吸附过程中，通过协同调控静电和配位两种作用，实现对DNA的高效吸附。制备了具有介孔结构的Fe3O4/SiO2复合粒子，利用介孔粒子表面物理孔结构与化学作用结合有效提高了质粒DNA的提取效率。.