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科學解讀磁珠變色

來源:上海伊普瑞生物科技有限公司   2025年07月22日 14:10  

實驗中,當磁珠的顏色從棕褐漸變?yōu)榧t褐色,不少人會心生疑惑:這磁珠還能繼續(xù)使用嗎?其實,磁珠變色是一種常見現(xiàn)象,背后蘊含著一定的科學原理,了解這些原理,就能更從容地應對。

一、磁珠變色的緣由

核酸提取常用的磁珠具有典型的核殼結(jié)構(gòu)。外層的二氧化硅(SiO?)如同一層保護膜,不僅能提供保護,還賦予磁珠功能化的表面;而內(nèi)部的磁核由鐵氧化物構(gòu)成,主要是Fe?O?和γ?Fe?O?的混合物,這正是磁珠具備超順磁性的關(guān)鍵所在。

在儲存過程中,磁核與空氣、水分接觸,會發(fā)生氧化反應:Fe?O?(黑色)與氧氣反應生成 γ?Fe?O?(紅褐色)。簡單來說,就是磁核中的 Fe2?被氧化成了 Fe3?,這便是磁珠顏色改變的直接原因。14866453

 

磁珠的顏色還受到磁核材料、表面包覆材料以及粒徑大小的影響,其中磁核材料的影響較為顯著。比如黑色的Fe?O?被氧化后,就會變?yōu)樽攸S色的Fe?O?。用于核酸提取的磁珠,其表面大多修飾有 SiO?,但這層 SiO?并非致密,存在一定縫隙,氧氣小分子可以通過這些縫隙進入,使 Fe?O?逐漸氧化為棕黃色的 Fe?O?。

二、變色對磁珠性能的影響

(一)對結(jié)構(gòu)與磁響應的影響

許多人擔心磁珠氧化后,飽和磁化強度會大幅降低。實際上,雖然存在差異,但并不明顯。Fe?O?的飽和磁化強度確實高于氧化產(chǎn)物γ?Fe?O?,單個顆粒氧化后磁響應性會有所減弱,但對于常規(guī)的核酸提取操作,γ?Fe?O?的超順磁性足以將磁珠吸附到管壁。實驗數(shù)據(jù)顯示其磁響應時間隨儲存時間的變化并不明顯,說明氧化對磁響應時間的影響較小。

有人會問,二氧化硅外殼是否會裂開導致鐵離子泄漏?答案是可能的。二氧化硅殼層雖有保護和功能化作用,但并非沒有縫隙,不同磁珠的包層厚度也存在差異。在長期儲存中,緩沖液pH變化、溫度波動以及機械應力等因素,可能會使其表面出現(xiàn)納米級的裂縫和孔隙。這會帶來兩方面影響:一是為溶解氧提供通道,加速內(nèi)部磁核的氧化;二是導致Fe2?/Fe3?離子泄漏到周圍的緩沖液中。

(二)對核酸提取性能的影響

在輕微氧化初期,對磁珠性能的影響有限,但長期氧化會使核酸提取效率降低。一方面,泄漏的 Fe2?和 Fe3?屬于高價陽離子,會與目標陽離子(如 Na?)競爭磁珠表面基團和 DNA 磷酸骨架上的結(jié)合位點,從而降低核酸吸附效率,不過使用前清洗磁珠可以在一定程度上緩解這一問題。另一方面,隨著時間推移,二氧化硅殼層的裂縫可能會加劇甚至剝落,減少可結(jié)合核酸的官能團數(shù)量。不過,磁珠在有效期內(nèi),其表面羧基密度的變化處于可控范圍。

但值得放心的是,磁珠顏色變化后,其“工作能力”依然可靠。從相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出,變色前后,飽和磁強度都保持在60emu/g,仍具備超順磁性,能夠?qū)崿F(xiàn)快速磁回收。作為核酸提取磁珠,其工作效率較高,核酸回收率可達90%以上。即便有些磁珠在“高溫有氧環(huán)境” 中 14 天就發(fā)生變色,工作效率也不會受到影響。

、磁珠儲存的建議

磁珠顏色從棕褐變?yōu)榧t褐色,是磁核氧化的明顯標志,其對性能的影響是逐漸顯現(xiàn)的。輕微變色初期影響不大,但隨著老化程度加?。伾由睿?,性能下降的風險會明顯增加。

不過也無需過度擔憂,磁珠在氧化變色后,會形成一層致密的氧化層,之后便不會再發(fā)生變化,因此這種氧化是安全的,不會影響其工作能力。

為使磁珠保持良好狀態(tài),應嚴格按照制造商的說明進行儲存,通常需要冷藏、密閉保存,同時關(guān)注有效期。若觀察到磁珠明顯變色,在處理珍貴樣本前,建議用新批次的磁珠進行性能驗證。

 

磁珠的顏色還受到磁核材料、表面包覆材料以及粒徑大小的影響,其中磁核材料的影響較為顯著。比如黑色的Fe?O?被氧化后,就會變?yōu)樽攸S色的Fe?O?。用于核酸提取的磁珠,其表面大多修飾有 SiO?,但這層 SiO?并非致密,存在一定縫隙,氧氣小分子可以通過這些縫隙進入,使 Fe?O?逐漸氧化為棕黃色的 Fe?O?。

二、變色對磁珠性能的影響

(一)對結(jié)構(gòu)與磁響應的影響

許多人擔心磁珠氧化后,飽和磁化強度會大幅降低。實際上,雖然存在差異,但并不明顯。Fe?O?的飽和磁化強度確實高于氧化產(chǎn)物γ?Fe?O?,單個顆粒氧化后磁響應性會有所減弱,但對于常規(guī)的核酸提取操作,γ?Fe?O?的超順磁性足以將磁珠吸附到管壁。實驗數(shù)據(jù)顯示其磁響應時間隨儲存時間的變化并不明顯,說明氧化對磁響應時間的影響較小。

有人會問,二氧化硅外殼是否會裂開導致鐵離子泄漏?答案是可能的。二氧化硅殼層雖有保護和功能化作用,但并非沒有縫隙,不同磁珠的包層厚度也存在差異。在長期儲存中,緩沖液pH變化、溫度波動以及機械應力等因素,可能會使其表面出現(xiàn)納米級的裂縫和孔隙。這會帶來兩方面影響:一是為溶解氧提供通道,加速內(nèi)部磁核的氧化;二是導致Fe2?/Fe3?離子泄漏到周圍的緩沖液中。

(二)對核酸提取性能的影響

在輕微氧化初期,對磁珠性能的影響有限,但長期氧化會使核酸提取效率降低。一方面,泄漏的 Fe2?和 Fe3?屬于高價陽離子,會與目標陽離子(如 Na?)競爭磁珠表面基團和 DNA 磷酸骨架上的結(jié)合位點,從而降低核酸吸附效率,不過使用前清洗磁珠可以在一定程度上緩解這一問題。另一方面,隨著時間推移,二氧化硅殼層的裂縫可能會加劇甚至剝落,減少可結(jié)合核酸的官能團數(shù)量。不過,磁珠在有效期內(nèi),其表面羧基密度的變化處于可控范圍。

但值得放心的是,磁珠顏色變化后,其“工作能力”依然可靠。從相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出,變色前后,飽和磁強度都保持在60emu/g,仍具備超順磁性,能夠?qū)崿F(xiàn)快速磁回收。作為核酸提取磁珠,其工作效率較高,核酸回收率可達90%以上。即便有些磁珠在“高溫有氧環(huán)境” 中 14 天就發(fā)生變色,工作效率也不會受到影響。

、磁珠儲存的建議

磁珠顏色從棕褐變?yōu)榧t褐色,是磁核氧化的明顯標志,其對性能的影響是逐漸顯現(xiàn)的。輕微變色初期影響不大,但隨著老化程度加劇(顏色加深),性能下降的風險會明顯增加。

不過也無需過度擔憂,磁珠在氧化變色后,會形成一層致密的氧化層,之后便不會再發(fā)生變化,因此這種氧化是安全的,不會影響其工作能力。

為使磁珠保持良好狀態(tài),應嚴格按照制造商的說明進行儲存,通常需要冷藏、密閉保存,同時關(guān)注有效期。若觀察到磁珠明顯變色,在處理珍貴樣本前,建議用新批次的磁珠進行性能驗證。


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