介紹
01 背景
磁珠最初是由挪威科技大學化學家約翰·烏格爾斯塔德構思出來的。經過改進，現在常見的奈米磁珠種類繁多。分離原理隨表面性質的不同而有所差異，但其材料和基本結構是相似的。磁珠的基本結構分為三層：最內層為聚苯乙烯，第二層包覆磁性物質Fe₃O₄，最外層是可與核酸結合的修飾功能基團（如羧基）。不同的表面基團決定了磁珠的下游應用，如核酸萃取、純化和生物素捕獲。
圖 1. 磁珠結構示意圖
02 原則
商業化的磁珠系統包括磁珠、聚乙二醇（PEG）、鹽離子等，影響DNA回收率的主要因素有PEG、DNA大小及濃度、培養時間等，其中PEG為決定性因素。高濃度的 PEG 和 NaCl 會導致 DNA 脫落水合層，壓縮成球形，並且 暴露帶負電荷的磷酸基。透過Na+與磁珠表面的羧基形成“電橋”，將DNA吸附到磁珠上。去除PEG和NaCl後，水化作用破壞了離子鍵，DNA得到純化。根據PEG和鹽濃度的變化，可以選擇性地沉澱不同長度的DNA。
圖2.磁珠吸附DNA原理示意圖。
一個應用
磁珠因具有高通量、適合自動化的特點，在高通量定序中受到廣泛重視。它們廣泛用於建立下一代定序 (NGS) 文庫中的 DNA 的萃取、純化和分類。
01 核酸萃取
在磁珠萃取法中，細胞裂解緩衝液作為蛋白質變性劑，可以裂解細胞並釋放核酸。磁珠帶正電荷，傾向於吸附帶負電荷的核酸。結合後，透過洗滌和磁場捕獲去除雜質。最後，核酸與洗脫緩衝液分離。純化的DNA/RNA可用於PCR等測試。此方法廣泛應用於診斷產業，支援高通量、自動化核酸提取。
圖3.磁珠核酸萃取流程示意圖。
02 DNA純化
DNA純化的目的是去除非目標片段。磁珠優先吸附大碎片。透過控制磁珠的比例，可以選擇性地吸附特定大小的DNA，並丟棄上清液中的小片段。最後，目標DNA被洗脫並回收。它通常用於去除接頭二聚體/引子二聚體等小片段，或用於樣品富集。
圖4.DNA純化過程示意圖。
在使用磁珠純化DNA的過程中，會有一些樣本流失。回收效率可由下列公式計算：回收效率=（純化後DNA質量/輸入DNA品質）×100%。數據顯示，
表 1. 磁珠回收效率計算
| 平行樣品 | 樣本 | 輸入量（ng） | DNA純化（1.8×） | ||
| 一個純化後（毫微克） | 回收率 ％ | 一個平均回收率 | |||
| 平行樣品1 | 韓貿易 | 169.5 | 153.25 | 90.41％ | 90.41％ |
| 碧雲山 | 159.75 | 94.25％ | 94.50％ | ||
| 韓國 | 162 | 95.58％ | |||
| 岱銀 | 158.75 | 93.66％ | |||
| 平行樣品2 | 韓貿易 | 156 | 92.04％ | 92.04％ | |
| 碧雲山 | 156.5 | 92.33% | 93.51％ | ||
| 韓國 | 160 | 94.40％ | |||
| 岱銀 | 159 | 93.81％ | |||
【註】：磁珠測試資料來自上海某生技公司。表中，A代表AMPure XP磁珠； B、C、D 是三個不同批次的
03 脫氧核糖核酸 雙倍尺寸選擇
次世代定序 (NGS) 要求 NGS 文庫達到特定的長度。片段篩選用於從碎片化 DNA 中選擇目標片段。利用磁珠優先吸附大片段的特性，在第一次吸附完大片段後，棄去磁珠，保留上清液，目標片段殘留在上清液中。第二輪，磁珠吸附目標片段，棄上清液後，目標片段被洗脫回收。
圖 5.DNA雙重尺寸選擇 流程概述
為了評估分選精度，通常使用Agilent 2100儀器檢測不同磁珠投入比例下分選出的片段大小。
在特定的磁珠比例下，不同樣本的碎片分佈應該集中在相同的位置。理想的分選效果是頂部有一個狹窄而圓潤的峰值。由於不同廠商的緩衝液有差異，在特定的磁珠比例下，分佈會有所不同。使用前需參考說明書確認目標片段的分選比例。數據顯示，在同樣的分選比例下，
表 2. 典型恢復
| 樣本 |
| 雙倍尺寸選擇（0.65×/0.2×） | ||
| 輸入量（ng） | 後 雙倍尺寸選擇（毫微克） | 回收率 ％ | 平均的 回收率 | |
| 韓貿易 | 276.44 | 55.2 | 19.97％ | 19.97％ |
| 碧雲山 | ||||
| 61.35 | 22.19％ | 22.84％ | ||
| 韓國 | 65.4 | 23.68％ | ||
| 岱銀 | 62.55 | 22.63% | ||
【註】：磁珠測試資料來自上海某生技公司。表中A代表AMPure XP磁珠，B、C、D代表三個不同批次的
產品資訊
希夫NGS商標 DNA Selection Beads基於SPRI原理，結合最佳化的緩衝系統，適用於新一代定序文庫中的DNA片段分選與純化。本產品相容於各品牌建庫試劑盒，片段回收效率、文庫大小分佈與XP磁珠相似。值得注意的是
表 3.Hieff NGS 建議商標 系列磁珠產品
| 分類 磁性 珠 | 產品名稱 | 產品編號 | 尺寸 | 促銷價格（日圓） | 應用程式 |
| 脫氧核糖核酸 磁珠 | 12601ES08 | 5 毫升 | 595 | DNA 清理 DNA 大小選擇 | |
| 12601ES56 | 60 毫升 | 3775 | |||
| 12601ES75 | 450 毫升 | 15715 | |||
| 希夫NGS商標 更聰明的 DNA 清潔珠 | 12600ES08 | 5 毫升 | 835 | 小片段純化（＞50 bp） | |
| 12600ES56 | 60 毫升 | 4555 | |||
| 12600ES75 | 450 毫升 | 17935 | |||
| 核糖核酸 磁珠 | 12602ES08 | 5 毫升 | 635 | RNA文庫建構 | |
| 12602ES56 | 60 毫升 | 2555 | |||
| 12602ES75 | 450 毫升 | 23135 | |||
| 12629ES24 | 24 T | 308 | mRNA的分離純化。 | ||
| 12629ES96 | 96噸 | 1128 |