一种将纳米氮化铁复合材料用于DNA提取的方法技术

本发明专利技术涉及一种将纳米氮化铁复合材料用于DNA提取的方法。所述纳米氮化铁复合材料是一种石墨烯包覆的可变相态纳米磁性复合材料，具有核壳结构，外壳为石墨烯壳，核芯为由铁及铁的氮化物组成的磁性核，通过对其进行表面修饰，从而使其能与DNA大分子偶联，将其应用于DNA的提取。本发明专利技术选用纳米氮化铁复合材料的优势是它的磁响应性好，分离灵敏、速度快，而且分离同样的DNA，磁珠的用量会更少，更利于相关自动化、高通量仪器的研发。

Method for extracting DNA by using nano iron nitride composite material

The invention relates to a method for extracting DNA by using a nano iron nitride composite material. The nanometer iron nitride composite material is nano magnetic composite material of a graphene coated variable, with core-shell structure, graphene shell shell, nuclear magnetic core is composed of iron and iron nitride, through to modify the surface, allowing it to be coupled with the large molecules of DNA, extraction its application in DNA. The invention adopts nanometer iron nitride composite material advantage is its good magnetic response, sensitivity, separation speed, and the separation of the same DNA, less the amount of beads, the development of more conducive to automation, high flux instrument.

【技术实现步骤摘要】
一种将纳米氮化铁复合材料用于DNA提取的方法
本专利技术属于材料科学和生命科学的交叉领域，涉及一种将纳米氮化铁复合材料用于DNA提取的方法。
技术介绍
DNA提取是生物技术、基础和临床医学、法医学以及农林学领域的常用实验技术。目前，提取DNA的传统方法，包括苯酚氯仿抽提法和离心柱法，它们的操作复杂，用时长，使用苯酚氯仿抽提时用还到了苯酚、氯仿等毒性试剂，且它们均不利于实现自动化、高通量操作。为了克服这些问题，出现了磁分离方法。磁分离方法是利用磁性微球，在微球的表面修饰上对核酸有吸附作用的特定活性官能基团，利用磁珠的磁性，在外磁场的作用下对DNA进行分离、富集的技术。随着纳米材料科学的发展，磁性微球已经开始被用于核酸的分离纯化，具有高效、快速、无污染、易于操作等优势，展现了广阔的发展前景。目前已经用于DNA提取的纳米磁性材料为铁的氧化物，且氧化铁材料用于DNA分离纯化方面的技术已经趋于成熟。它已经有了比较合适的表面修饰方法以及与DNA大分子偶联的方法。市场上已经有了以Fe3O4作为磁性材料的试剂盒。目前公开的专利和文献中，报道的磁分离法提取DNA所用的磁珠均为铁及铁的氧化物。尚未见将纳米氮化铁用于DNA的提取的报道。而氮化铁的磁性比传统的氧化铁要强，将其用于DNA的提取，与传统磁珠相比，有磁响应性好，分离灵敏、速度快等优势，而且分离同样的DNA，磁珠的用量会更少，更利于相关自动化、高通量仪器的研发。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维碳材料。石墨烯具有强的韧性、电导性及导热性。铁及铁氮化合物具有优良的磁性能，但其化学稳定性较差，尤其是铁相。利用石墨烯作为包覆材料能够很好改善磁性颗粒的化学稳定性及电导性差的问题，使得这种复合材料能够很好地应用在磁流体、靶向药物、电磁波吸收材料、电磁屏蔽材料、氧化还原催化剂、精细陶瓷材料和锂电池等多个领域。目前公开的专利和文献中，报道的多是碳包覆金属纳米颗粒的制备方法，如热解法、电弧法、浸渍法、CVD法等获得碳包覆铁纳米颗粒；对于石墨烯包覆的铁氮化合物纳米颗粒，并没有一种方法可以直接获得。申请公布号为CN101347455A，公布日为2009年1月21日，专利名为一种碳包覆铁纳米粒子及其作为治疗肝癌药物载体的应用，其专利技术了一种碳包覆铁纳米粒子，特别是由直流电弧法制备获得。申请公布号为CN102623696A，公布日为2012年8月1日，专利名称：一种壳核型包覆氮化铁纳米复合粒子制备方法与应用，其专利技术了一种壳核型碳包覆氮化铁纳米复合粒子制备工艺，特别是以直流等离子体原位合成的碳包覆铁纳米颗粒作为前驱体，再经过氮化工艺获得碳包覆氮化铁纳米复合粒子。申请公布号为CN101710512A，公布日为2010年5月19日，专利名为石墨烯与碳包覆铁磁性纳米金属复合材料及其制备方法。其专利技术了一种由石墨烯及碳包覆的铁磁性纳米颗粒，且提供了一种特殊的CVD法制备出该种复合粉体材料。这些方法都具有各自的优点，但是也有较多的不足，如试验设备复杂、制备条件严格、流程繁琐等，造成制备成本较高，从而影响石墨烯/碳包覆铁和铁氮化合物粉体的开发与应用。
技术实现思路
鉴于上述本领域的现状，本专利技术目的在于提供一种将纳米氮化铁复合材料用于DNA提取的方法，通过对纳米氮化铁复合材料进行表面修饰，从而使其能与DNA大分子偶联，将其应用于DNA的提取。本专利技术首先提供一种石墨烯包覆可变相态纳米磁性复合材料。本专利技术还提供一种石墨烯包覆可变相态纳米磁性复合材料的制备方法，且该方法可以通过调控制备过程中等离子体的含氮比来调控磁性核的物相类型。本专利技术技术方案如下：一种石墨烯包覆可变相态纳米磁性复合材料，具有核壳结构，壳体为石墨烯壳，由多层石墨烯片组成，壳层厚度为5-50nm；核芯为磁性核，是颗粒直径为10-90nm相态可变的纳米磁性颗粒。其中，所述纳米磁性颗粒的相态为铁相的α-Fe、γ-Fe，和γ-Fe(N)、γ’-Fe4N、ε-Fe3N、α”-Fe16N2相的铁氮化合物中的一种或多种。本专利技术还提出所述的石墨烯包覆可变相态纳米磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)连续并多次对等离子体产生装置的反应腔体进行惰性气体清洗后，以惰性气体充满整个反应腔体，隔绝空气；(2)通过等离子体电源激发得到稳定的惰性气体等离子体流后，通过输入反应气源形成混合等离子体流，再将二茂铁粉末热蒸发，以载流气形式将二茂铁蒸气送入等离子体中心区域；(3)利用等离子体高焓值及化学活化效果，将二茂铁迅速热解并发生化学反应后，在等离子体焰流尾部通过形核长大得到纳米磁性颗粒并且在颗粒表面包覆石墨烯；(4)在惰性气体保护条件下将反应腔降到室温，收集得到的复合粉体，即为石墨烯包覆纳米磁性颗粒复合材料。等离子体法制备石墨烯包覆可变相态纳米磁性颗粒，与其他方法相比，制备颗粒度较小、粒径分布均匀且可通过控制等离子体中的含氮比来获得不同物相的磁性核。本专利技术采用二茂铁(C10H10Fe)为反应原料，通过等离子体促进反应，直接获得石墨烯包覆可变相态纳米磁性颗粒复合粉体。其中，采用二茂铁(C10H10Fe)作为铁源及碳源，二茂铁粉末的蒸发流床温度设置为100～400℃；所述载流气为氩气、氮气、氨气的一种或多种。进一步地，所述的等离子体流是感性耦合等离子体流、容性耦合等离子体流及微波耦合等离子体流中的一种，均由惰性气体和反应气源混合形成，反应气源和惰性气体的摩尔比例为0～5:1；所述的惰性气体为氩气、氦气、氖气中的一种或多种，反应气源为氢气、氮气、氨气中的一种或多种。其中，通过调整反应气源、惰性气体和载流气的流量来控制等离子体的含氮比，从而控制纳米磁性颗粒的相态组成，使得纳米磁性颗粒的相态为α-Fe、γ-Fe、γ-Fe(N)、γ’-Fe4N、ε-Fe3N、α”-Fe16N2中的一种或多种。本专利技术的优选技术方案之一为：所述等离子体的含氮比(氮原子占等离子体总原子量的摩尔比)为0时，所得复合材料中的纳米磁性颗粒的相态为铁相的α-Fe和γ-Fe中的一种或两种。本专利技术的另一优选技术方案为：所述等离子体的含氮比为5～80％时，所得复合材料中的纳米磁性颗粒的相态为γ-Fe(N)、γ’-Fe4N、ε-Fe3N中的一种或多种。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提出的方法，利用二茂铁粉末作为铁源及碳源，以等离子作为合成环境，减少反应物带来的毒性及环境污染，利于大量生产。(2)通过调控制备过程中等离子体的含氮比可以控制所获得的磁性纳米颗粒的物相。(3)通过该途径所制备的碳包覆的纳米磁性粉末粒径细小、分布均匀、球形度好，且制备流程简短。本专利技术所制备的石墨烯包覆可相变态纳米磁性复合材料同时具有良好的化学稳定性、磁性能及电性能，因此在靶向药物、磁流体、吸波材料，锂电池材料及催化剂等多个领域具有广泛的应用潜力。上述方法收集到的复合粉体除含有所需要的纳米氮化铁复合材料外，还含有一些未包覆的石墨烯粉末，且所生成的磁性颗粒(因本专利技术所选用石墨烯包覆纳米磁性颗粒复合材料主要成分为氮化铁，故在下文中也称石墨烯包覆纳米磁性颗粒复合材料为纳米氮化铁复合材料)的粒径大小不一，可进一步对其进行筛选，以去除不具磁性的石墨烯粉末杂质，并将不同粒径的磁性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiO

【技术特征摘要】
1.一种SiO2基复合磁性微球，其为在石墨烯包覆纳米磁性颗粒复合材料的表面包覆有SiO2层，所述SiO2层的厚度为180-200nm；所述石墨烯包覆可变相态纳米磁性复合材料，具有核壳结构，壳体为石墨烯壳，由多层石墨烯片组成，壳层厚度为5-50nm；核芯为磁性核，是颗粒直径为10-90nm相态可变的纳米磁性颗粒；所述纳米磁性颗粒的相态为铁相的α-Fe、γ-Fe，和γ-Fe(N)、γ’-Fe4N、ε-Fe3N、α”-Fe16N2相的铁氮化合物中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的SiO2基复合磁性微球，其特征在于，所述SiO2基复合磁性微球的粒径为200nm-300nm。3.权利要求1或2所述SiO2基复合磁性微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取20mg所述石墨烯包覆纳米磁性颗粒复合材料加入70ml含1％吐温20的异丙醇中，超声分散10min；2)逐滴加入10ml含正硅酸乙酯的异丙醇；3)加入一定比例的氨水和去离子水，调节pH至10，配成100ml悬浊液；4)于45℃反应1.5h-2h，离心，用无水乙醇洗沉淀；5)将沉淀重悬浮于无水乙醇，用磁分离法去除未包覆到纳米氮化铁复合材料上的杂质；6)低速离心；将沉淀取出，干燥，即得。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，还包括对所制得的SiO2基复合磁性微球进行筛选的步骤，所述筛选的方法包括：1)将修饰好的SiO2基复合磁性微球重悬浮于无水乙醇，超声分散；2)静置沉淀，分别收集沉淀和上清；3)将步骤2)中的上清继续静置沉淀；4)重复上述步骤2)和3)，直至上清静置1h未形成沉淀为止。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯包覆可变相态纳米磁性复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)连续并多次对等离子体产生装置的反应腔体进行惰性气体清洗后，以惰性气体充满整个反应腔体，隔绝空气；(2)通过等离子体电源激发得到稳定的惰性气体等离子体流后，通过输入反应气源形成混合等离子体流，再将二茂铁粉末热蒸发，以载流气形式将二茂铁蒸气送入等离子体中心区域；(3)利用等离子体高焓值及化学活化效果，将二茂铁迅速热解并发生化学反应后，在等离子体焰流尾部通过形核长大得到纳米磁性颗粒并且在颗粒表面包覆石墨烯；(4)在惰性气体保护条件下将反应腔降到室温，收集得到的复合粉体，即为石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明连，路通，王群，李永卿，郑大威，张婷，冯唐锋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11