作者：木子庄主
文章来源： 分子庄园
核酸作为一种生物大分子，之所以能够在水溶液中稳定分散不沉淀，是由于三种非共价作用力的存在：静电相互作用、范德华力、氢键。
核酸分子具有多个磷酸基团，呈现高度负电性，分子间互相排斥从而避免发生团聚。
此外，核酸分子在水溶液中通过氢键与范德华力结合了大量的水分子在其周围，形成一个水化层，也阻止了分子间的聚集。
图片来源：水环境对GC和AT碱基对质子转移的影响
因此，要使得核酸分子结合到磁珠表面，就必须削弱上述作用力，屏蔽溶液中的静电斥力，同时破坏核酸分子表面的水化层，使其能够与磁珠表面相接触，进而产生吸附。
在经过裂解的混合液中加入磁珠，当液体环境为偏酸性(PH5.0)时， 游离的DNA分子被吸附到磁珠上。在洗涤后的磁珠中加入偏碱性(PH8.0)的TE缓冲液即可将磁珠与DNA分离，从而得到纯净的DNA溶液。
1、提取磁珠的种类
1）羟基修饰磁珠
羟基磁珠表面修饰大量的硅烷醇基团(羟基)，能在高盐低pH条件下和溶液中的核酸通过疏水作用、氢键作用和静电作用等发生特异性吸附，而不与其他杂质(如蛋白)结合。
使用硅羟基磁珠提取核酸时，通常需要高浓度的离液盐（NaI（碘化钠）、NaClO₄（高氯酸钠）、GuHCl（盐酸胍）、GuSCN（异硫氰酸胍）等）。高浓度的盐离子能够有效屏蔽溶液中的静电斥力。
同时，离液盐离子还能竞争性地与磁珠表面以及核酸分子相结合，破坏二者表面原有的水化层，促进磁珠表面与核酸分子的吸附。
知识贴：离液盐作用
当离子在水中溶解时，它们会与水分子相互作用，形成水合离子。这种水合离子的形成是由于水分子的极性和离子的电荷之间的相互作用。
这种相互作用可以影响离子的溶解度和反应速率。
由于常用的离液盐如胍基离子（[CH₆N₃]⁺）对PCR有抑制作用，因此它们必须在后续的洗涤步骤中被去除。
知识贴：胍，胍盐，盐酸胍，异硫氰酸胍
a.胍是一个含氮的有机化合物，也称“亚胺脲”，是吸湿性很强的无色晶体，易溶于水。胍是很强的一元碱，碱性与氢氧化钠相近，能吸收空气中的二氧化碳生成碳酸胍盐。
胍可以和酸成盐。其共轭酸胍盐正离子(或称胍鎓)是[CH₆N₃]⁺，pKa为14.5。胍在碱性条件下不稳定，易水解为氨和尿素，在酸性条件下比较稳定，故一般制成其盐保存。
b.盐酸胍
有机物，强离液剂和变性剂，易溶于水，在水中形成强酸性溶液。
c.异硫氰酸胍
白色结晶体状，20℃时，6mol/L在水中的PH值为4.5～6，溶解度为完全溶解。
最后，核酸在低盐高pH条件下从磁珠上洗脱下来。
2）羧基修饰磁珠
a.分类
ⅰ.氧化硅羧基磁珠
ⅱ.聚合物羧基磁珠
b.吸附原理
带负电的羧基在适当的离子强度和pH条件下，可以与核酸的磷酸骨架形成静电相互作用。
常用核酸提取结合液，Si-OH磁珠和Si-COOH均能对核酸有效吸附。一般来说，在离液盐体系，Si-OH磁珠对核酸吸附效果相对较优；在PEG体系，Si-COOH对DNA和RNA吸附效果相对较好。
| 高盐介异 | >2M异硫氰酸胍，DNA回收率高达80%. |
| 醇类介异 | 2M盐酸胍/异丙醇（30%），DNA/RNA回收率高达85%. |
| 聚乙二醇介异 | DNA/RNA回收率高达85%. |
不同尺寸磁珠，悬浮差异明显，尺寸越小悬浮性越好，但磁响应会减弱。一般用于核酸含量较低的小样本，选用悬浮性好的磁珠效果更优。
3）氨基/咪唑基等正电荷磁珠
氨基（NH₃）的等电点约为9.5-9.9左右，当溶液pH值小于9.5，氨基磁珠的表面电荷为正。
氨基修饰的磁珠（等电点pH9.6）在酸性条件下带正电，可以与核酸（等电点pH4.0）的负电荷通过静电、氢键等相互作用结合。
氨基磁珠与DNA具有较强的结合能力，非常适合复杂样本中核酸的富集和分离，但同时由于结合能力很强，核酸从磁珠表面释放的条件较为苛刻。如果需要解离DNA，洗脱缓冲液pH推荐选择10以上。
a.吸附
不同于羟基磁珠，表面带正电荷的氨基磁珠与DNA的结合条件较为简单。在pH为5.0-8.0时，并且在适宜浓度的盐离子溶液中，更有助于氨基磁珠对DNA吸附。
在一定pH条件下，磁微粒表面氨基数量越多，吸附DNA越多。
b.洗脱
提高溶液pH可以使DNA从氨基磁珠表面脱附。另外，磷酸根离子、高浓度的NaCl（2-3M）也有同样的效果。
4）聚乙二醇（PEG）修饰
PEG修饰可以减少非特异性吸附，提高核酸纯度。如在处理血液样本时，这种磁珠可以解决血红蛋白干扰的问题。
2、磁珠和硅胶柱
硅胶柱回收DNA原理和磁珠差不多，不同的是大多数离心柱中吸附DNA的是一层硅胶膜，实际上就是一层玻璃纤维，其表面有大量修饰的硅羟基（Si-OH），硅羟基在溶液中解离后也带负电，然后与带正电盐离子、带负电DNA形成电桥，从而吸附住DNA。
参考文献：
［1］解密磁珠表面化学：如何影响核酸提取效果-生科老王
［2］羧基磁珠供应商 – 上海伊普瑞生物
［3］磁珠法核酸DNA提取里常用的磁珠有羧基和羟基磁珠，两个有什么区别吗？-丁香实验
［4］常见三种磁珠的使用原理-简书
［5］核酸知识系列（三）|RNA|DNA|盐酸胍|核酸|乙醇|浓度|-健康界
［6］一种核酸提取裂解/结合液、核酸提取溶液体系及试剂盒的制作方法
［7］一文看懂磁珠法提取核酸-湖北新纵科
［8］NGS丨一文读懂磁珠法核酸提取-健康守望角
