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大家好！今天我们来聊聊生物科研实验中的一款神器——磁珠。别小看它们的小巧模样，这些“微小磁力之珠”可是现代科研实验中的“秘密武器”。想知道它们有多神奇？跟我一起探究一下吧！
01
磁珠的神奇之处什么是生物磁珠
磁珠——表现出超顺磁性的磁性纳米颗粒 (Magnetic nanoparticles, MNPs)，是一种大小均一、无孔、超顺磁的、单分散的、高度交联的磁性微球，整个磁珠由均匀分散的磁性材料构成[1][2]。
1973 年，Robinson 等人首次提出将磁分离技术应用于生物领域，磁珠作为固相载体可与目标样品结合，在外加磁场的作用下，能够快速实现液相分离从而达到样品的提取分离目的[3][4]。
磁珠的结构与组成
图 1. 磁珠的基本结构[5]。 图 2. 磁珠电镜结构图。 磁珠的特点
表 1. 磁珠的特点、应用及优势。
02
科研中的"磁珠"魔力高效分离、纯化核酸
磁珠的表面经过特殊处理，可以与核酸 (DNA 或 RNA) 结合，在外部磁场的的作用下，结合了核酸的磁珠可以从溶液中轻松分离出来，随后通过洗涤去除未结合的杂质，最后释放纯化后的核酸。主要优势是：效率高、操作简单、高选择性，广泛应用于分子克隆、基因表达分析、病毒检测、临床诊断等。
图 3. 磁珠法核酸分离纯化示意图。 免疫沉淀 (IP)
利用磁珠表面的功能化抗体或配体与目标蛋白或抗原之间的特异性结合，通过施加磁场，可以快速分离结合了目标分子的磁珠，进而实现富集和纯化。具有操作简单、效率高且适用于多种样本类型的特点，广泛应用于蛋白质相互作用研究、信号转导通路分析、抗体-抗原交互作用研究、生物标志物的筛选和验证等。
图 4. 磁珠法免疫沉淀示意图。
免疫共沉淀 (Co-IP)
利用抗体与目标蛋白的特异性结合，将目标蛋白和其相互作用的伴侣蛋白共同沉淀出来。当使用磁珠作为载体时，抗体被固定在磁珠表面。通过结合、洗涤和脱附步骤，可以有效分离并富集这些蛋白质复合物，具有高效性、灵活性、操作便捷的优点，广泛应用于蛋白质相互作用研究、信号转导通路解析、生物标志物筛选、疾病机制研究等。图 5. 磁珠法免疫共沉淀示意图。
染色质免疫共沉淀 (ChIP)
ChIP 是一种将特定抗体与目标蛋白结合的技术，以富集与其相互作用的 DNA 片段，而使用磁珠作为载体可以提高分离效率和操作方便性，同时具备适应性强的特点，广泛应用于转录因子结合位点的鉴定、染色质修饰状态的研究、基因调控机制的解析、疾病模型中的染色质状态研究等。
图 6. 磁珠法染色质免疫共沉淀示意图。
蛋白纯化
磁珠以其超顺磁性和功能化表面，能够与目标蛋白结合，在应用外部磁场的情况下，结合了目标蛋白的磁珠可以被迅速分离，进而实现蛋白质的富集和纯化。配套磁力架使用，降低了操作的复杂性，减少了对离心设备的依赖，具有高效性，简便性，灵活性的优点，广泛应用于蛋白质生物学研究 (如功能分析、相互作用研究)、药物筛选和开发、蛋白质结构和功能的解析、临床诊断和生物标志物检测等。
图 7. 磁珠法蛋白纯化示意图。
03
一招一式，解锁磁珠操作
以 IP 为例：
1. 样品准备：按照您的实验需求，可选择超声、RIPA 裂解等方案，制备样本，建议样本制备时可添加蛋白酶/激酶等抑制剂 (HY-K0010、HY-K0017 等) 增加蛋白稳定性。
2. 磁珠准备：混匀含有保护液的磁珠，取适量并用平衡液清洗磁珠，利用磁力架进行磁性分离。
3. 磁珠-样品结合：磁珠、样品混合孵育，形成磁珠-样品复合物。
4. 洗杂：清洗磁珠-样品复合物，磁性分离，获得含有目的蛋白的磁珠。
5. 蛋白洗脱：根据下游实验选择合适的洗脱方式。
6. 目的蛋白收集：磁性分离，移取上清液用于后续实验。
7. 蛋白检测：SDS-PAGE、WB 、质谱检测等。
04
磁珠配对：如何找到最适合你的“魔法搭档”基础磁珠
基础磁珠的表面可以是裸露的、羧基化的 (-COOH)、氨基化 (-NH2) 的或其他官能团修饰。
功能磁珠
功能磁珠的表面通常偶联不同的分子使其具有专一功能。
05
小结磁珠，不仅仅是实验室里的“小配角”，它们通过磁力的神奇作用，改变了许多实验的传统流程，带来了前所未有的效率提升。别小看这些微小的磁珠，它们可能是你下一次科研突破的关键！
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参考文献：
[1] Pankhurst Q, et al. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine: The story so far. Journal of Physics D: Applied Physics, 2016, 49(50).
[2] Belanova AA, et al. Physicochemical Properties of Magnetic Nanoparticles: Implications for Biomedical Applications In Vitro and In Vivo. Oncol Res Treat. 2018;41(3):139-143.
[3] Ting, Guo, et al. The Recent Advances of Magnetic Nanoparticles in Medicine. Journal of Nanomaterials, 2018:1-8.
[4] Ma Y, et al. Applications of magnetic materials separation in biological nanomedicine. Electrophoresis. 2019 Aug;40(16-17):2011-2028.
[5] Modh H, et al. Aptamer-Modified Magnetic Beads in Biosensing. Sensors (Basel). 2018 Mar 30;18(4):1041.
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