表面电性可控的磁性微球的制备、表征及其在基因组DNA萃取中的应用

运用水热法、St?ber法制备了具有核壳型结构的超顺磁性Fe3 O4@SiO2微球,运用氨丙基三乙氧基硅烷( APTES)对Fe3 O4@SiO2微球表面进行修饰,得到表面电性可控的氨基化Fe3 O4@SiO2磁性微球,运用透射、扫描电镜表征微球形貌,采用Zeta电位研究微球表面的荷电特性。将氨基化Fe3 O4@SiO2微球用于人类全血中基因组脱氧核糖核酸( DNA)的萃取,开发了固相萃取方法,并探究微球与DNA的作用机理,对提取产物进行凝胶电泳和PCR实验。结果表明,自制的微球成功地从全血中提取出纯度较高的基因组DNA,提取率约70%,微球对基因组DNA的饱和吸附量约为40 ng/μg,提取液可直接用于进一步的生物分析。     

基于BioMEMS技术的DNA固相萃取芯片的制备

基于BioMEMS技术,制备一种新型的Si-PDMS-玻璃结构的DNA固相萃取微流控芯片。在硅基片上制备4种固相载体,分析不同载体的性质和制备特点,优选多孔氧化硅作为萃取DNA的固相载体。对比研究芯片的封装工艺,优选压制法制备PDMS-玻璃盖片,采用粘接技术封装芯片。芯片成功提取老鼠全血中的基因组DNA,提取效率为23.5×10-9g/μL全血,并成功进行PCR反应,达到试剂盒水平。固相萃取微流控芯片具有与其他样品处理芯片、PCR芯片和电泳芯片相集成的潜力,可实现对复杂生物样品的检测和分析。     

用于提取外周血DNA微流控样品预处理芯片的研制

基于固相萃取原理和微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)技术研制了一种多孔氧化硅微流控样品预处理芯片, 并利用具有大比表面积的多孔氧化硅作为提取DNA的固相载体, 从而大大提高了DNA的提取产率. 分析了影响DNA提取产率的因素, 改进了芯片制备工艺和DNA提取实验方案, 成功地提取了小鼠外周血DNA, 提取产率为24 ng/(μL全血), 达到商用试剂盒水平. 同时以该DNA作为PCR扩增模板, 扩增效果良好.     

基于3D打印技术的集成核酸提取芯片制备

基于固相萃取原理,设计并制作了一种集成核酸提取功能的微流控芯片,用于人体全血中脱氧核糖核酸(DNA)的提纯。芯片主要包括:混合微通道、裂解腔、DNA提取腔、DNA存储腔。采用3D打印技术制作出芯片模板,通过模板注塑成型、氧等离子体键合等工艺制作出微流控芯片。利用该芯片,可以在20 min内完成血液和试剂的顺序加载、快速混合、血细胞裂解、DNA的提取等操作,且试剂消耗量少。通过对所提DNA链上稳定表达的内参基因甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)进行PCR扩增,并对扩增产物进行熔解曲线分析,以验证所提取DNA的质量。     

集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统

集成核酸提取的实时荧光PCR微全分析系统将核酸提取、PCR扩增与实时荧光检测进行整合,在同一块微流控芯片上实现了核酸分析过程的全自动和全封闭,具有试剂用量少、分析速度快、操作简便等优点。本研究采用微机械加工技术制作集成核酸提取微流控芯片的阳极模,使用组合模具法和注塑法制作具有3D通道的PDMS基片,与玻璃基底通过等离子体键合封装成集成核酸提取芯片。构建了由微流体速度可调节(0~10 mL/min)的驱动控制装置、温控精度可达0.1℃的TEC温控平台、CCD检测功能模块等组成的微全分析系统。以人类血液裂解液为样品,采用硅胶膜进行芯片上核酸提取。系统根据设置好的时序自动执行,以2 mL/min的流体驱动速度完成20μL裂解液上样、清洗;以1 mL/min的流体驱动速度完成DNA洗脱,抽取PCR试剂与之混合注入到反应腔。提取的基因组DNA以链上内参基因GAPDH为检测对象,并以传统手工提取为对照,在该系统平台上进行PCR扩增和熔解曲线分析实验。片上PCR扩增结果显示,扩增曲线明显,Ct值分别为25.3和26.9。扩增产物进行熔解曲线分析得到的熔解温度一致,均为89.9℃。结果表明,此系统能够自动化、全封闭的在微流控芯片上完成核酸提取、PCR扩增与实时定量分析。     

用于磁珠法核酸提取的微流控芯片及自动化平台

基于磁珠法核酸提取原理,设计并制作出旋转驱动式核酸提取微流控芯片及自动化平台。微流控芯片包括裂解腔、清洗腔以及洗脱腔等结构,步进电机带动微流控芯片旋转,通过电磁铁吸附微流控芯片内的磁珠,实现磁珠在各腔室转移,完成核酸提取和纯化。对芯片表面疏水性、磁力大小、磁珠分散程度以及核酸洗脱时间进行优化。结果表明,当磁力大小为250 N时,可实现磁珠转移;磁铁放置于芯片上方1 mm时,腔室内磁珠分散程度最好。洗脱时间为20 min时,芯片上提取大肠杆菌的核酸浓度较高。微流控芯片与磁珠核酸提取技术相结合提取的核酸样本,可直接应用于后续聚合酶链式反应扩增环节,有利于实现核酸自动提取及扩增的一体化。     

食物或食物原材料中特定属的植物的定量PCR检测方法

一种根据PCR技术测定食物或食物原材料中的特定属的植物量的方法，包括：（1）提供修正样品，其中来自作为检测靶的特定属的植物样品和标准植物样品的混合比率预先确定，并从该样品中提取基因组DNA；（2）通过向作为试验受试者的食物或食物原材料中添加已知量的标准植物样品来制成测试样品，并从该样品提取基因组DNA；（3）用引物和这些基因组DNA实施定量。     

DNA片段分选微流控芯片发展现状

新一代测序速度越来越快,费用不断降低,但整个流程中还有不少瓶颈.最耗时且影响测序准确度和重复性的环节之一,就是在文库制备过程中,对打断的大量基因组DNA片段进行基于传统凝胶电泳的手工操作筛选.近几年市场上出现了几种目标片段自动分选仪器,并迅速被多家国际知名测序中心引入测试,从而引起了广泛关注.本文评述了DNA片段分选发展经历,包括凝胶电泳、毛细管电泳、特别是微流控芯片在分选精度和通量上的不断提升,并简要论述了DNA分选目前尚存在的问题.     

聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性和芯片生物分析技术用于台湾海峡常见石斑鱼和鲷鱼的品种鉴定

应用聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性分析(PCR-RFLP)和芯片生物分析系统建立了台湾海峡常见石斑鱼和鲷鱼的分子生物学品种鉴定新方法。首先提取鱼的基因组脱氧核糖核酸(DNA)进行细胞色素b基因特定片段的PCR扩增,然后用DdeI、HaeIII和NlaIII 3种限制性内切酶进行酶切,在Agilent DNA 1000芯片上对酶切片段进行分离。该方法成功鉴定了台湾海峡常见的8种石斑鱼品种和5种鲷鱼品种,是一种快速、简便、有效的鱼类品种鉴定分析手段。     

缢蛏线粒体DNA提取方法的比较

分离缢蛏肌肉组织,液氮磨碎后,用3种方法提取线粒体DNA,紫外分光光度法定量．用琼脂糖凝胶电泳和线粒体COI基因PCR扩增产物鉴定所提取的线粒体DNA．结果显示OD260／OD280均在1．69-1．85之间．高盐沉淀法提取的线粒体DNA量最多．     

液滴数字聚合酶链式反应芯片及其在致病菌检测中的应用

设计与制作了一种基于聚二甲基硅氧烷-玻璃(PDMS-Glass)的多功能集成式液滴数字聚合酶链式反应(ddPCR)芯片,该芯片由产生液滴的PDMS模块和收集液滴的玻璃腔体模块组成。PDMS模块采用双通道的T形结构设计,液滴产生速度快且通量高,在30 min内可生成2×10~6个直径约为20μm的微液滴。玻璃腔体模块中存储的液滴在整个实验过程中无需转移,可直接在原位PCR仪上进行扩增,每个液滴均是一个微反应器,经过多次热循环后,液滴仍能保持良好的稳定性。选用副溶血性弧菌(VP)作为食源性致病菌的研究模型,考察了ddPCR芯片对其基因组DNA的绝对定量能力,结果表明,该ddPCR芯片对VP基因组DNA绝对定量的线性范围宽,可跨越5个数量级(10~1~10~6 copies/μL),定量结果与DNA理论参考浓度间有很好的相关性。     

电渗析技术在脱氧核糖核酸在线富集芯片中的应用

基于电渗析技术,制作了一种“三明治”式的膜分离微流控芯片,用于脱氧核糖核酸(DNA)的无损伤在线富集.以花菁类染料为荧光指示剂,实现DNA在此芯片中的在线富集观测;分别以λ-DNA和λ-DNA-血红蛋白混合体系为模型化合物,探究其在此芯片中的富集特性;对浓缩液进行凝胶电泳实验,以考察DNA是否变性,并进行聚合酶链反应,以证明本芯片回收的DNA可供进一步的生物分析.结果表明:以花菁类染料为荧光指示剂,本芯片成功实现DNA的在线富集观测;本芯片能够无损伤捕获并浓缩单一体系和简单混合体系中的DNA分子,DNA的富集倍数近50倍,回收率约30％,浓缩液可用于进一步的生物分析.     

多孔磁性硅胶微球的制备及其在基因组脱氧核糖核酸提取中的应用

采用模板法制备了多孔磁性硅胶微球,用于生物样品中基因组脱氧核糖核酸(DNA)的分离纯化。以球形和无定型硅胶为对照,考察了吸附液组成和洗脱时间等实验参数对小牛胸腺基因组DNA在磁性硅胶固相载体上的提取回收率的影响。实验结果表明:20%(W/V)聚乙二醇和2 mol/L氯化钠,洗脱10 m in,DNA的回收率可达80%;采用简单的细胞裂解体系和合适的吸附液组成,磁性微球应用于酿酒酵母中基因组DNA的提取,得到了平均长度约为5 kb、A260/A280大于1.77的高纯度DNA片段。     

一种可绝对定量核酸的数字PCR微流控芯片

构建了一种新型的可进行核酸单分子扩增和核酸绝对定量的数字聚合酶链式反应(数字PCR)微流控芯片. 应用多层软光刻技术, 以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为芯片材料, 盖玻片作为基底制作了具有3层结构以及微阀控制功能的微流控芯片. 芯片的大小与载玻片相当, 可同时检测4个样品, 每个样品通入芯片后平均分配到640个反应小室, 每个小室的体积为6 nL. 以从肺癌细胞A549中提取的18sRNA为样品检测了该芯片的可行性. 将样品稀释数倍后通入芯片, 核酸分子随机分布在640个小室中并扩增. 核酸分子在芯片中的分布符合泊松分布原理, 当样品中待测核酸分子平均拷贝数低于0.5个/小室时, 则每个反应小室包含0个或1个分子. 经过PCR扩增后, 有模板分子的小室检测结果为阳性反应, 而无模板分子的小室为阴性反应, 最后通过计数阳性反应室的个数, 可绝对定量原始待测样品中的目标DNA分子拷贝数. 实验结果表明, 该数字 PCR芯片可实现DNA单分子反应和核酸绝对定量, 具有成本低、 灵敏度高、 节省时间和试剂以及操作简单等优点, 为数字PCR方法在普通实验室的应用提供了一种新途径, 可用于癌症及感染性疾病的早期诊断、 单细胞分析、 产前诊断以及各种细菌病毒的核酸检验等研究.     

基于生物芯片的核酸凝胶电泳仪

为克服传统平板凝胶电泳法操作步骤繁琐,实验时间长,以及采用紫外光源可能对人体造成伤害等缺陷,该文研制了一种基于电泳芯片的快速凝胶电泳仪,仅需DNA点样于电泳芯片后,将电泳芯片置于该电泳仪便可实现DNA样品快速分离及实时在线成像检测。以20、50、100 bp DNA ladder为检测对象,在仪器内对其分离效果进行验证及优化,其最佳电泳条件为电压100 V/cm,琼脂糖质量分数分别为2. 5%、1. 0%、1. 4%。结果表明在14 min内可以实现3种DNA样品的高效分离,DNA迁移距离与分子量的相关系数均高于0. 9,且该仪器具有较高的稳定性。     

天然植物体中与稀土元素结合的DNA

利用分子活化分析方法 ,初步研究了稀土矿区植物铁芒萁叶中稀土元素(REE)与核酸的结合状态 .铁芒萁叶经过提取和生化分离纯化后 ,得到了与稀土元素结合的DNA(REE DNA) .用紫外光谱法鉴定DNA的纯度 ;用考马斯亮兰G 2 5 0光度法测定DNA中的蛋白质 ;并用琼脂糖凝胶电泳分离和检测DNA .同时 ,用仪器中子活化法 (INAA)测定了REE DNA中 8个稀土元素 (La ,Ce ,Nd ,Sm ,Eu ,Tb ,Yb ,Lu)的含量 .研究结果表明 ,用本生化分离流程及琼脂糖凝胶电泳可从铁芒萁叶中提取出纯度比较高的REE DNA ,并证明了稀土元素与DNA的结合是紧密的 .由琼脂糖凝胶电泳图谱可在分子量 2 2kb处得到一条清晰的REE DNA谱带     

聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性和芯片生物分析技术用于渤海地区鱼种鉴定

以渤海湾具有重要商业价值的9种海鱼(小黄鱼、花鲈、蓝点马鲛、鲐、钝吻黄盖鲽、棘头梅童鱼、许氏平鲉、高眼鲽和长蛇鲻)为研究对象,利用聚合酶链式反应(PCR)-限制性片段长度多态性(RFLP)和芯片生物分析技术对其进行鱼种鉴定。首先提取其基因组脱氧核糖核酸(DNA),对其细胞色素b的特定片段(464 bp)进行扩增,然后选择DdeI、HaeIII和NlaIII3种限制性内切酶进行酶切,并利用芯片生物分析技术得到酶切产物的特异图谱和确切的片段大小,从而有效区分了9种海鱼。研究结果表明,PCR-RFLP和芯片生物分析技术在鱼种鉴定上具有精确、鉴别和快速三大优势,可为鱼类食品检测提供科学依据。     

微流控芯片中磁珠表面免疫反应动力学研究

微流控芯片中磁珠作为固相载体的免疫分析得到了非常广泛的应用,了解磁珠表面动力学行为对于磁免疫分析技术的改进与提高具有重要意义。本文建立了一种实时监测微流控芯片中磁珠表面免疫反应的方法,探究了微流控芯片中流速和分析物浓度对磁珠表面偶联的小鼠IgG和溶液中Cy3标记的羊抗小鼠IgG反应动力学的影响,并获得相应的结合和解离速率常数,分别为7.9×104 L·mol-1·s-1,和1.7×10-4 s-1。     

液相色谱-串联质谱法同时测定生物组织全基因组DNA甲基化和羟甲基化水平

测定全基因组DNA甲基化和羟甲基化水平对于研究环境污染物暴露的影响及致病机理具有重要的作用。本文建立了液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）同时测定动物组织中全基因组DNA甲基化和羟甲基化水平的方法。从动物组织样品中提取DNA,并将其酶解成单核苷,利用液相色谱-串联质谱法测定5-甲基胞嘧啶核苷、5-羟甲基胞嘧啶核苷和鸟嘌呤核苷的含量,计算全基因组DNA甲基化率和羟甲基化率。利用该方法研究了砷暴露对大鼠肝脏和小脑全基因组DNA甲基化和羟甲基化水平的影响,得到了砷影响DNA甲基化及羟甲基化的初步数据。该方法具有良好的重现性、灵敏度和稳定性,可以同时检测差异较大的DNA甲基化和羟甲基化水平。为同时研究DNA甲基化和羟甲基化水平提供了有力的支持。     

聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片分离DNA片段的初步研究

自从1995年Mathies^[1]首次将微流控芯片毛细管凝胶电泳用于基因测序研究以来,DNA片段的分离已成为微流控芯片应用的重要领域之一.最早应用于DNA分析的微流控芯片是玻璃芯片,聚合物微流控芯片以其品种多、成本低、易于加工,与玻璃芯片相比具有封接温度大大降低,微通道内电渗流显著减小等特点,已被成功应用于DNA片段的分离^[2,3].