실리카 흡착에 의한 DNA 분리

DNA separation by silica adsorption

실리카 흡착에 의한 DNA 분리는 특정 염류 및 특정 pH 조건 하에서 실리카 표면에 결합되는 DNA 분자에 기초한 DNA 분리의 방법이며, 보통 실리카 채널로 코팅된 마이크로칩에서 이루어진다.[1][2]

의의

에탄올 침전이나 상업용 정화 키트를 이용한 준비 등 기존의 DNA 추출 방법은 여러 번의 직접 처리 단계가 필요하기 때문에 마이크로칩에 통합할 수 없다. 게다가, 그들은 또한 많은 장비와 많은 양의 시약과 시료를 필요로 한다. 실리카 레진은 고체상 추출이 소규모로 DNA의 정확한 분석을 제공하는 마이크로칩의 통합을 통해 이러한 문제를 회피한다.[3]

운영

실리카 흡착에 의한 DNA 분리를 실시하기 위해, 시료(정화된 세포에서 조직 시료에 이르는 모든 것일 수 있음)를 전문 칩에 올려 라이스 처리한다. 그 결과 단백질, DNA, 인지질 등의 혼합물은 이온 강도가 높은 용액들이 존재하는 곳에서 실리카 표면에 의해 DNA가 흡착되는 채널을 통해 흐른다. 가장 높은 DNA 흡착 효율성은 표면 실탄올 그룹의 pKa 이하에서 pH를 가진 완충 용액이 존재할 때 발생한다.

실리카에 대한 DNA 흡착의 메커니즘은 완전히 이해되지 않는다; 한 가지 가능한 설명은 버퍼의 높은 이온 강도로 인한 실리카 표면의 음전하를 감소시키는 것을 포함한다. 표면 전하의 감소는 음전하 DNA와 음전하 실리카 사이의 정전기 반발의 감소로 이어진다. 한편 완충제는 수분이온을 포맷하여 물의 활동성도 감소시킨다. 이것은 실리카 표면으로 이어지고 DNA는 탈수된다. 이러한 조건들은 DNA가 실리카 표면에 흡착하기 위해 정력적으로 유리한 상황으로 이어진다.[citation needed]

DNA가 실리카에 어떻게 결합하는지에 대한 추가 설명은 차오트로프 역할을 하는 구아니디늄 HCl(GuHCl)의 작용에 근거한다. 차오트로프(chaotrope)는 생체 분자를 둘러싼 수화 껍질을 방해하여 변성시킨다. 이를 통해 양전하 이온이 음전하 실리카와 음전하 DNA 백본 사이에 염교( salt橋)를 형성할 수 있다. 그리고 나서 DNA는 높은 소금과 에탄올로 씻겨질 수 있고, 궁극적으로 낮은 소금으로 용출될 수 있다.

DNA가 실리카 표면에 흡착된 후, 다른 모든 분자들은 기둥을 통과한다. 아마도 이러한 분자들은 칩의 폐기물 부분으로 보내지고, 그 다음 게이트 채널이나 압력 또는 전압 제어 챔버를 사용하여 차단될 수 있다. 그런 다음 DNA를 세척하여 샘플에서 여분의 폐기물 입자를 제거한 다음 추가 다운스트림 처리를 위해 용출 완충제를 사용하여 채널에서 용출한다.[citation needed]

이 프로세스 DNA 결합에 사용하기 위해 다음과 같은 솔루션이 제안되고 검증되었다: GuHCl 기반 로딩 버퍼, 채널 세척: 80% 이소프로판올, DNA 용출: TE 8.4.[citation needed]


실리콘 마이크로 DNA 추출 표면

실리카 비드와 실리카 레진을 사용한 방법은 후속 PCR 증폭을 위해 DNA 분자를 분리할 수 있는 방법이 만들어졌다. 그러나 이러한 방법에는 관련 문제가 있다. 첫째, 구슬과 수지는 포장이 잘 되어 있어 번식이 어렵다. 마이크로 채널의 각 로딩은 다른 양의 패킹을 유발할 수 있으며 따라서 채널에 흡착된 DNA의 양을 변화시킬 수 있다. 더욱이, 이러한 방법들은 2단계 제조 공정을 초래한다.

실리카 구조는 제작 중에 채널에 식각되기 때문에 훨씬 효과적인 포장 방법이며, 따라서 연질 석판화를 통한 한 단계 제조 공정의 결과물이다. 따라서 실리카 구조는 구슬이나 레진보다 병렬 설계로 사용하기 쉽다.

참고 항목

참조

  1. ^ Liu, Lingling; Guo, Zilong; Huang, Zhenzhen; Zhuang, Jiaqi; Yang, Wensheng (25 February 2016). "Size-fselective separation of DNA fragments by using lysine-functionalized silica particles". Scientific Reports. 6: 22029. Bibcode:2016NatSR...622029L. doi:10.1038/srep22029. PMC 4766563. PMID 26911527.
  2. ^ Karp, Angela; Isaac, Peter G.; Ingram, David S. (1998). "Isolation of Nucleic Acids Using Silica-Gel Based Membranes: Methods Based on the Use of QIAamp Spin Columns". Molecular Tools for Screening Biodiversity: 59–63. doi:10.1007/978-94-009-0019-6_14. ISBN 978-94-010-6496-5.
  3. ^ Tian, H; Hühmer, AF; Landers, JP (August 2000). "Evaluation of silica resins for direct and efficient extraction of DNA from complex biological matrices in a miniaturized format". Analytical Biochemistry. 283 (2): 175–191. doi:10.1006/abio.2000.4577. PMID 10906238. S2CID 35971689.
  • 캐디 등 미세조립 실리콘 구조를 이용한 핵산 정화. 바이오센서와 바이오일렉트로닉스, 19, 59-66(2003)
  • K. A. 멜작, C. S. 셔우드, R. F. B. 터너, C. A. 헤인즈 과염소산염 용액의 실리카에 대한 DNA 흡착 추진력. 콜로이드 및 인터페이스 과학 저널, 181, 635–644(1996)
  • 울프 외 핵산 격리를 위한 마이크로칩 기반의 고체상 추출법. 전기영양증, 23, 727-733 (2002)