基本信息
- 项目名称：
- 磁性碳纳米管的合成及其在质粒DNA纯化中的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文首次以多巴胺为偶联剂，合成了纳米磁性粒子修饰的碳纳米管复合材料，并就其在质粒DNA纯化中的应用展开了研究。
- 详细介绍：
- 本文以多巴胺为偶联剂，合成了纳米磁性粒子修饰的碳纳米管(MWNT-MNPs)，并就其在质粒DNA纯化中的应用展开了研究。经透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)分析表明，铁氧体纳米粒子通过多巴胺介导连接到碳纳米管表面。产物分散性高、磁响应性强(饱和磁化强度为24.750 emug)。以MWNT-MNPs作为固相载体，对裂解液中质粒DNA的回收率可达105.7%（以异丙醇离心沉淀法的回收量为对照），纯化的DNA A260/A280比值为1.803，且主要以超螺旋构象存在，酶切实验表明DNA的生物学质量可满足一般分子生物学实验的要求。与传统方法相比较，本提取法具有高效、便捷和安全环保等优点，不仅适合于实验室的小量质粒DNA的提取，也适合于自动化DNA分析检测平台的构建。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为了对磁性碳纳米管合成及其在质粒DNA纯化中的应用研究作出总结和分析，特撰写此论文。本文先合成材料，再进一步展开应用：首先以多巴胺为偶联剂，经一系列化学反应有效地将纳米磁性粒子连接到碳纳米管表面，合成磁性碳纳米管，并进行表观鉴定；其次，基于该纳米材料应用于pDNA提纯，同时，就影响pDNA纯化的各种条件展开了一系列研究，优化出质粒提纯的最佳路径，提高纯化效率。
科学性、先进性及独特之处
- 第一，本文首次以多巴胺为偶联剂，实现了碳纳米管的磁性化修饰，建立了新的磁性碳纳米管合成理论体系，为碳纳米管的磁性化修饰提供了新的方法； 第二，本文提出以磁性碳纳米管一维纳米材料为固相载体纯化pDNA的思路，探索出了高效快捷、经济实用、安全环保的pDNA提取技术，为纤维状生物大分子特别是DNA的纯化提供了一个新的思路，该方法未见报道。
应用价值和现实意义
- 本研究获得分散性好，磁响应性强的磁性碳纳米管，该材料不仅可以应用于生物大分子的分离纯化，在信息技术、环境工程及生物医学等领域也具有广阔的应用前景。 本文以磁性碳纳米管为固相载体纯化pDNA，与传统方法相比较，不仅提高了pDNA的回收率，且操作便捷、安全环保。此外，因磁性碳纳米管对DNA捕获能力强，该方法有望解决刑侦犯罪、体育赛事和一些生物学研究中痕量DNA富集的难题。
学术论文摘要
- 摘要：本文首次以多巴胺为偶联剂，合成了纳米磁性粒子修饰的碳纳米管(MWNT-MNPs)，并就其在质粒DNA纯化中的应用展开了研究。经透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)分析表明，铁氧体纳米粒子通过多巴胺介导连接到碳纳米管表面。产物分散性高、磁响应性强(饱和磁化强度为24.750 emu/g)。以MWNT-MNPs作为固相载体，对裂解液中质粒DNA的回收率可达105.7%（以异丙醇离心沉淀法的回收量为对照），纯化的DNA A260/A280比值为1.803，且主要以超螺旋构象存在，酶切实验表明DNA的生物学质量可满足一般分子生物学实验的要求。与传统方法相比较，本提取法具有高效、便捷、经济和安全等优点，不仅适合于实验室的小量质粒DNA的提取，也适合于自动化DNA分析检测平台的构建。
获奖情况
- 2011年4月，获四川农业大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校级一等奖。
鉴定结果
- 合成的磁性碳纳米管经TEM检测，饱和磁化强度为24.750 emu/g。
参考文献
- 参考文献 [16] S.T. Pham, K.C. Nguyen, H.V. Pham., et al., Evaluation of novel carbon nano-tube particles in the bacterial and viral DNA and RNA extraction from the clinical samples. Proceedings of the 3rd International Conference on the Development of BME in Vietnam, (2010) 11-14. [21] C.j. Xu, K.M. Xu, H.W. Gu., et al., Dopamine as a robust anchor to immobilize functional molecules on the iron oxide shell of magnetic nanoparticles. J. Am. Chem. Soc, 126 (2004) 9938-9939. [23] D. Yang, J.H. H, Controlled Synthesis of Magnetite-Silica Nanocomposites via a Seeded Sol-Gel Approach. J. Phys. Chem. C, 13 (2009) 7646-7651. [24] V.A. Pedrosaa, S. Paliwala, S.Balasubramaniana., et al., Enhanced stability of enzyme organophosphate hydrolase interfaced on the carbon nanotubes. Colloid Surface B. 77 (2010) 69-74.
同类课题研究水平概述
- 国内外鲜有研究关注CNTs的生物学应用，特别是在分离纯化方面的潜力。直到2010年，Pham等[16]才首次成功将CNTs用于细菌和病毒DNA捕获。但因CNTs没有磁性或磁性微弱（有结构缺陷的CNTs存在弱磁性），不便于实现其外磁场下的操纵性和快速分离特性，因而不利于高效、快速的DNA分离纯化技术的构建。不过，CNTs表面存在的缺陷给其表面修饰和功能化创造了有利条件，如通过酯化反应、酰胺反应和直接加成等可将长链烷基、聚合物、生物分子等连接在CNTs表面，衍生后的CNTs可进一步偶联纳米磁性材料。如Williams等[17]通过酰胺键将单链核酸连接到CNTs表面，提高了CNTs的分散性；Cheng等[18]将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)包覆CNTs，再利用静电引力吸附四氧化三铁纳米粒子，制备出检测大肠杆菌的生物传感器；Liu 等[19]利用纳米磁性粒子与碳纳米管间的静电吸附力，自组装得到了Fe3O4-CNTs复合物，虽该复合物具有较高的磁化强度，但TEM检测表明Fe3O4-MNPs在CNTs表面分布极不均，不免影响复合材料的吸附性。Cao等[20]用十二烷基苯磺酸钠(NaSDBS)处理CNTs使其表面首先吸附SO42+，再吸附铁氧化物，得到复合材料，经VSM检测，产物饱和磁化强度为20.07 emu/g，但作者仅指出了CNTs在电子元件和数据储存材料方面的应用，未就其生物学应用展开分析。尽管CNTs修饰及应用的报道诸多，但CNTs的磁性化修饰并不多见。这些报道往往操作步骤繁多，实验条件苛刻，且CNTs与磁性粒子间往往仅通过次级键维系，因而修饰后的碳纳米管存在结合不稳定、不便长期储存等缺点，影响了其吸附性能的发挥。
