用于样本分离的磁性纳米粒子制造技术

技术编号：41280510 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-11 09:31

公开了具有更大的保持分散的能力的二氧化硅包被的磁性纳米粒子，以及制备和使用二氧化硅包被的磁性纳米粒子的方法，所述方法包括将新制备的粒子的水性分散体在室温下孵育达某一时间段，从而产生二氧化硅包被的磁性纳米粒子的簇，所得簇具有对于从人类临床样本中进行病毒RNA提取来说最佳的大小。所述磁性纳米粒子包括芯和包衣，其中所述芯包含Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;或其他磁性材料，并且所述包衣的厚度是约1.5nm至约2nm。所述磁性纳米粒子可用于通过将核酸与其他组分分离并通过归一化核酸浓度来制备分析用核酸。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及一种二氧化硅包被的磁性纳米粒子(np)、包含此类磁性纳米粒子的组合物、以及使用此类磁性纳米粒子和组合物从生物样本中分离分析物的方法。

技术介绍

1、具有多种表面修饰的磁性粒子用于从生物样本中分离分子以进行进一步分析和处理。待分析的分子通过以下方式与样本中的其他组分分离：诱导所需分子与磁性粒子的结合，施加外部磁场以从样本的其余部分捕获分子所结合的粒子，洗涤粒子以去除污染物，并且最终使用水或低离子强度的缓冲液回收所需分子。

2、用于分离生物分子的磁性粒子往往在其芯处具有磁性氧化铁。磁性氧化铁粒子通常以磁铁矿(fe3o4)、磁赤铁矿(γ-fe2o3)或赤铁矿(fe2o3)形式存在。例如，磁性粒子可包被有二氧化硅，并呈现从数十纳米到数百纳米到数微米的宽粒度分布。许多用于创建经二氧化硅包被的磁性粒子的合成方法会导致材料具有不良限定(不均匀)的二氧化硅表面和/或产生大聚集体，所述大聚集体从悬浮液中沉降出来，从而使得材料难以加工。因此，需要在方案之前和期间进行粒子混合，以确保最大的生物分子结合和高纯度材料的回收。

3、更具体地，二氧化硅包被的磁性粒子可用于从生物样本中分离核酸。vogelstein[vogelstein,b.和gillespie,d.,proc.nalt.acad.sci.usa,76(2)615-619,1979]展示了使用二氧化硅从样本中捕获核酸的第一示例。他发现，在离液盐存在下，核酸会与二氧化硅玻璃牢固地结合。可以在核酸保持与二氧化硅结合的同时，用含水有机溶剂洗涤结合的核酸以去除污染

4、上述纳米粒子(np)可用于多种核酸纯化方案。例如，可以依靠从covid-19疾病的病原体sars-cov-2病毒富集rna来开发诊断方法。所得rna可通过定量逆转录聚合酶链式反应(qrt-pcr)来检测。如果提供高度纯化的基于np的核酸，则可以使用各种分析工具来分别检测多种其他病毒和细菌感染性致病因子，例如flu-a、flu-b和军团菌属(legionella)(导致军团菌病)。

5、此外，可精简下一代测序(ngs)方案，从而通过使用np将每个ngs文库调整到相同的特定靶浓度(称为“归一化”)来产生更高的样本通量。多个可变浓度的ngs文库的归一化允许在加载到测序仪器上之前合并所述ngs文库。这种过程允许在一个测序轮次中对多个ngs文库进行测序，从而最大化数据收集并最小化测序仪器成本。

6、存在几种归一化可变浓度的ngs文库的现有方法。这些现有方法包括通过分光光度法、荧光测定法、定量pcr、或电泳进行核酸定量，之后计算所需浓度，然后将所有样本稀释至归一化浓度。其他用于核酸归一化的方法包括由corning life sciences和其他公司出售的试剂盒。corning的“axyprep mag pcr normalizer”方案指出10μl的珠粒混合物具有200ng的输入文库dna结合能力。该方案建议“为了最小化每个数据点内的变异性，输入dna必须是所需dna量的至少3-4倍高。例如，如果您所需的洗脱dna浓度是2ng/μl，则您的样本输入量必须是至少8ng/μl”。在测序项目中获得这些量的文库na(例如，从50μl的文库回收体积或200nm浓度获得400ng的dna)非常困难。如果用于ngs文库合成的dna的质量不良，例如典型地从福尔马林固定石蜡包埋(ffpe)样本中回收的dna，则尤其如此。

7、agilent technologies,inc.(santa clara，ca)目前提供了用于创建下一代测序文库的试剂盒，例如“sureselectxt target enrichment system”。sureselectxt方法创建了非归一化dna总量的范围为10nm至约50nm的文库。这些dna量被认为太低以至于无法使得能够使用axyprep mag pcr normalizer试剂盒。

8、基于核酸的诊断和测序在研究和医学诊断中的使用正在增长，但分析前的核酸制备是核酸分析技术(例如实时pcr、核酸测序和杂交测试)的重大成本组成部分。样本制备会延迟测试结果并限制由训练有素的人员在实验室进行这些测定的能力。目前的样本制备过程费力、耗时并且需要实验室能力。

9、仍然需要能够简化并从多种样本类型可靠地生产纯化的核酸以用于诊断和研究应用的磁性纳米粒子和组合物。

技术实现思路

1、作为本技术的一个方面，提供了一种磁性粒子的稳定水性分散体。个别磁性纳米粒子中的每个磁性纳米粒子均由磁芯和围绕所述芯的均匀保形包衣组成。均匀保形包衣的厚度为约1.5nm至约2nm。个别均匀保形包衣的磁性纳米粒子的平均总直径为约10nm至约20nm。在一些示例中，所形成的磁性纳米粒子小簇在分散体中的平均簇大小是约50nm至约190nm。在一些示例中，分散体中簇的平均簇大小是约10nm至约1000nm，例如约300nm。

2、作为本技术的另一方面，提供了制备二氧化硅包被的磁性纳米粒子的方法。将fe3o4纳米粒子在醇混合物中提供，并且在对混合物进行超声处理的同时添加硅酸盐溶液。磁性纳米粒子上的二氧化硅包衣的厚度可以通过改变所添加的硅酸盐的量来调整。

3、在使用共沉淀制备fe3o4粒子的一些示例中，本方法在fe3o4共沉淀反应期间排除氧以最小化/消除不希望的fe2o3的形成。在一些示例中，包衣厚度经选择以(1)保护fe3o4芯免于被进一步氧化成fe2o3，(2)完全覆盖磁芯，以及(3)改变所得芯-壳粒子的表面化学性质以包含高密度的硅烷醇基团(si-oh)，从而使得最终粒子更易与核酸结合。已经发现，包衣厚度和表面积是关于本专利技术的磁性粒子用于从生物样本中纯化核酸的用途和效率的重要参数。

4、在另一方面中，提供了用于将本文所述的纳米粒子的水性分散体维持达成簇期(“老化的”np)，从而导致形成稳定且具最佳大小的簇的方法。例如，在成簇期期间可将纳米粒子维持在室温或在20℃与30℃之间，所述成簇期可以是至少一个月，或者至少二个月、三个月、四个月、五个月、六个月、七个月或八个月，由此个别磁性纳米粒子形成具有为选定值或范围的平均簇大小(例如，直径)的簇。例如，平均簇大小可以是至少约200nm、或者至少约220nm、或者至少约235nm、或者至少约250nm、或者至少约260nm，和/或平均簇大小可以是至多约400nm、或者至多约370nm、或者至多约350nm、或者至多约320nm、或者至多约300nm、或者至多约290nm。明确设想前述最小值和最大值中的任一者可组合以形成选定范围，例如约200nm至约400nm、或者约250nm至约350nm的范围。与“未老化”的np相比，使用老化的本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种包含在液体介质中的磁性纳米粒子的组合物，其中所述磁性纳米粒子中的每个磁性纳米粒子包含磁芯和在所述芯上的包衣，其中所述包衣的厚度为约1nm至约2nm；并且所述组合物中的所述磁性纳米粒子的布鲁诺尔-埃默特-泰勒(BET)表面积是约110m2/g至约130m2/g；并且所述组合物包含个别磁性纳米粒子的簇，其中所述簇的平均簇大小是约250nm至约350nm。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述包衣的厚度是约1.5nm至约2.0nm。

3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述磁性纳米粒子的BET表面积是约113m2/g至约127m2/g。

4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述个别磁性纳米粒子的平均总直径是约15nm或更小。

5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述个别磁性纳米粒子的平均总直径是约10nm至约15nm。

6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述磁性纳米粒子的所述芯的平均直径是约10nm或更小。

7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述芯是表现出顺磁性的Fe3O4单畴磁性纳米粒子。