磁珠深度解析，真的非AMPure XP不可吗？
磁珠的发明构想最初来自于挪威科技大学的化学家John Ugelstad。后期经过不断地创造与改善，目前我们最常见的磁珠是纳米级别的磁珠，这类磁珠各式各样，根据其表面性质的不同，分离的原理也不尽相同，但其材料组成和基本的结构并无太大的差异。基础结构分为三层，最内层的是聚苯乙烯，第二层包裹磁性物质Fe3O4，最外层是修饰的官能团（如羧基）。其中官能团能与核酸结合，表面基团不同，下游的应用也不尽相同，如核酸提取，纯化，生物素捕获等。
图1. 磁珠结构示意图
商业化磁珠产品体系一般包含：磁珠、聚乙二醇（PEG）、盐离子等。在整个体系中，影响DNA回收的因素包括聚乙二醇（PEG）、DNA大小和浓度、孵育时间等，其中PEG是影响DNA回收的决定性因素。DNA在较高浓度的PEG和NaCl中脱去分子水化层，分子构象由线状被压缩成卷曲球状，并暴露出大量带负电荷的磷酸基团，带负电荷的磷酸基团与羧基在钠离子的作用下形成“电桥”，使DNA被特异吸附到磁珠表面。当PEG和NaCl被去除之后，加入水性分子，会快速充分水化DNA，解除三者间的离子作用，使得吸附到磁珠的DNA被纯化出来。此外，不同长度的DNA随PEG分子量、浓度以及盐浓度的不同，可以被选择性的沉淀出来。
图2. 磁珠吸附DNA原理示意图
磁珠凭借其高通量，适用于自动化的特点在高通量测序中备受推崇，并广泛用于NGS建库中DNA的提取、纯化和分选。
磁珠法提取中的细胞裂解液是一种蛋白变性剂，可使动植物的细胞裂解，并使与核酸结合的蛋白质变性。核酸被游离释放，携带正电荷的磁珠易于吸附负电荷的核酸，核酸与磁珠结合后，经过数次洗涤与磁场捕获，去除DNA/RNA以外的蛋白质、多糖等杂质，再用洗脱液解离吸附在磁珠上的DNA/RNA，洗脱下来的核酸即可通过PCR 或其它特定方法来检测特定的DNA 或RNA。磁分离法也是广泛应用于诊断行业，且能实现高通量、自动化的核酸提取方法。
图3. 磁珠核酸提取流程示意图
DNA纯化的目的在于去除不想要的DNA片段。由于磁珠优先吸附大片段，因而可通过一定比例的磁珠吸附特定大小以上的片段，丢弃上清中的非目标片段，之后将磁珠吸附的目的DNA洗脱回收。常用于小片段如接头二聚体/引物二聚体的去除。此外还有一些客户会用于样本的富集。
图4. DNA纯化流程示意图
DNA样本经磁珠纯化后会有部分样本的损失，磁珠回收效率可评估磁珠的回收能力。通常可通过计算得出：回收效率=（纯化后的DNA质量/Input DNA质量）×100%。如下图数据所示：翌圣DNA磁珠批次间稳定性佳，回收效率与XP磁珠相当，可作为一款高性价比产品替换XP磁珠。
表1. 磁珠回收效率计算
【注】：磁珠测试数据来源于上海某生物公司，表格中A为AMPure XP磁珠；B、C、D分别是翌圣磁珠三个不同批次。
由于二代测序段短读长的局限性，所以最终的NGS文库需满足一定的长度要求。片筛的目的在于从片段化DNA中选择特定区域的DNA片段，以满足上机需求。比如将样本中的片段分布比作下图中的正态分布，由于磁珠优先吸附大片段，所以第一轮磁珠吸附目的片段以上的大片段，此时弃磁珠留上清（目的片段在上清中）。第二轮磁珠吸附目的片段，此时弃上清，再将磁珠上的目的片段洗脱回收。
图5. DNA双轮分选流程示意图
分选精度则是评估不同的磁珠投入比例分选得到的片段大小。一般以Agilent 2100仪器检测。
在特定磁珠比例条件下，不同样本分选后片段分布范围集中在同一位置。较好的分选效果应该是顶部窄而圆润的独峰。此外不同厂家由于buffer的不同在特定磁珠比例条件下分布也会有一定的差异，使用前需根据各厂家相应的说明书确认目标片段的分选比例。如下数据所示：相同的分选比例，翌圣磁珠与进口XP磁珠，分选效果高度一致。
表2. 分选效率计算
【注】：磁珠测试数据来源于上海某生物公司，表格中A为AMPure XP磁珠；B、C、D分别是翌圣磁珠三个不同批次。
Hieff NGS® DNA Selection Beads 基于SPRI (Solid Phase Reverse Immobilization)原理，配合精心优化过的缓冲体系，可用于二代测序文库构建过程中的DNA片段分选、纯化。本产品可适用于各品牌的DNA、RNA建库试剂盒，和目前广泛使用的XP 磁珠使用方式相同，片段回收效率和文库大小分布均与 XP 磁珠高度吻合。但翌圣磁珠的价格可以做到3元/库，与进口XP磁珠达到3倍之差！
表3. Hieff NGS® 系列磁珠产品及配套仪器耗材推荐
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磁珠分类 |
产品名称 |
货号 |
规格 |
用途及应用场景 |
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DNA磁珠 |
12601ES03 |
1 mL |
●NGS DNA片段纯化与筛选 ●PCR产物纯化 ●酶切和连接产物纯化 |
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12601ES08 |
5 mL |
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12601ES56 |
60 mL |
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12601ES75 |
450 mL |
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RNA磁珠 |
12602ES03 |
1 mL |
●RNA文库构建 ●去除rRNA后的总RNA样本纯化 ●体外转录或合成的RNA产物纯化 ●RNA标记产物纯化 |
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12602ES08 |
5 mL |
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12602ES56 |
60 mL |
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12602ES75 |
450 mL |
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12603ES24 |
24 T |
●mRNA分离纯化 ●转录组文库构建 |
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12603ES96 |
96 T |
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配套小仪器 |
80462ES03 |
共13列孔位
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●适配 PCR 8 联管、无裙边或半裙边96 孔板 ●可配合微孔板离心机使用 |
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80460ES03 |
13孔位（200~500μl）; 7孔位(1.5ml） |
●适用于200 μL EP管 ●EP管支架分为13×0.2 mL EP管、13×0.5mL EP管、7×1.5 mL EP管 |
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80461ES03 |
共16个孔位 |
●适用于1.5 ml 和2.0 ml 离心管 |
