磁性氧化石墨烯粒子、制备方法及其应用

本公开涉及材料与分子生物的，具体地，涉及一种磁性氧化石墨烯粒子、制备方法及其应用，尤其涉及磁性氧化石墨烯粒子的制备方法及其应用于污水样本中提取核酸病毒的方法。

背景技术：

1、病原微生物的存在对人类生活有重大影响，病原微生物中较为常见的是病毒，病毒是一类由dna或rna基因组及功能蛋白组成的微小单元，对生物包括动物、植物和细菌、真菌等微生物都可以产生健康危害，快速准确地检测病原微生物是有效预防和诊断疾病的重要手段。近年来，由病毒导致人类和动物感染的各种疾病类型不断增加，例如由于埃博拉病毒(ebov)引起的埃博拉病毒病(evd)、由中东呼吸综合征冠状病毒(mers-cov)引起的中东呼吸综合征疾病、严重急性呼吸综合征(sars)引发的病毒性呼吸道疾病、由严重急性呼吸综合征冠状病毒2(sars-cov-2)传播导致的2019冠状病毒病(covid-19)等，这些病原微生物病毒往往导致严重疾病，造成健康风险且影响经济发展，因此受到广泛关注。

2、病毒可通过空气、体液、食物、废水等多种介质进行传播。废水作为整个生活工作区域的复合样本，包括生活污水、粪便、尿液等，也是sars-cov-2传播途径之一。基于废水的流行病学(wastewater-basedepidemiology，wbe)是一种将废水作为流行病学追踪工具，是预测与监测废水收集区域人群病毒流行情况的重要手段，可对居民在废水收集区域的病原体感染情况进行定性和定量分析，从而有效预测感染趋势。然而，污水样本中具有基质复杂、病毒载量低及核酸易降解等特点，不能快速便捷地捕获污水中的核酸，严重影响了有效监测和预防病原体的传染。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种磁性氧化石墨烯粒子、制备方法及其应用，以至少部分解决上述技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本公开提供的技术方案如下：

3、作为本公开的一个方面，提供了一种磁性氧化石墨烯粒子，包括：

4、氧化石墨烯材料；

5、磁性纳米粒子，被包覆在氧化石墨烯材料表面；

6、琼脂糖，用于粘合氧化石墨烯材料和磁性纳米粒子。

7、根据本公开的实施例，磁性纳米粒子被琼脂糖包覆在氧化石墨烯材料上构成氧化石墨烯壳层；

8、磁性纳米粒子为磁性氧化石墨烯粒子提供磁性；

9、琼脂糖具有多孔结构；

10、纳米粒子包括铁、钴、镍中的任意一种或多种，优选为四氧化三铁纳米颗粒。

11、作为本公开的第二个方面，提供了一种制备上述磁性氧化石墨烯粒子的方法，包括：

12、将山梨醇酐油酸酯与矿物油混合形成分散剂；

13、在85～95℃下混合氧化石墨烯材料、磁性纳米粒子和琼脂糖，形成的混合料液；

14、将混合料液滴加到分散剂中，搅拌混合，得到磁性氧化石墨烯粒子。

15、根据本公开的实施例，琼脂糖通过加热溶解形成琼脂糖溶液，将氧化石墨烯和磁性纳米粒子分散在琼脂糖溶液中，构成混合料液；

16、混合料液在分散剂中分散，并冷却形成片状、颗粒状和/或乳滴状的磁性氧化石墨烯粒子；

17、其中，在冷却过程中，包裹有氧化石墨烯材料和纳米粒子的琼脂糖凝固，形成磁性氧化石墨烯粒子。

18、根据本公开的实施例，使用有机溶剂分散磁性氧化石墨烯粒子，再通过磁吸分离将磁性氧化石墨烯粒子从有机溶剂中分离出来，重复操作，进行洗涤处理；

19、将洗涤处理后的磁性氧化石墨烯粒子置于纯水中分散、混匀并保存。

20、作为本公开的第三个方面，提供了一种上述磁性氧化石墨烯粒子在核酸提取方面的应用，包括：

21、将磁性氧化石墨烯粒子分散到水中，得到磁粒悬液；

22、将磁粒悬液和吸附缓冲液加入到污水样本中，利用磁性氧化石墨烯粒子吸附污水样本中的核酸，得到核酸-磁性氧化石墨烯粒子；

23、通过磁吸分离将核酸-磁性氧化石墨烯粒子从污水样本中分离出来；

24、用有机溶剂洗涤核酸-磁性氧化石墨烯粒子后，置于洗脱缓冲液中，将核酸洗脱到洗脱缓冲液中，得到核酸洗脱液；

25、将核酸洗脱液加入到实时荧光定量中进行检测。

26、根据本公开的实施例，吸附缓冲液为氯化钠和三羟甲基氨基甲烷盐酸盐的混合溶液，ph为2～4，用于调节收集后的污水样本中核酸的电荷状态，提高核酸与氧化石墨烯之间的相互作用力；

27、吸附缓冲液中氯化钠的浓度为0.3～2m，三羟甲基氨基甲烷盐酸盐的浓度为0.01～1m。

28、根据本公开的实施例，洗脱缓冲液为三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液，ph为8～9，用于将核酸-磁性氧化石墨烯粒子上的核酸洗脱下来；

29、洗脱液中三羟甲基氨基甲烷盐酸盐溶液的浓度为0.01m。

30、根据本公开的实施例，有机溶剂为75％的无水乙醇或丙酮，用做洗涤剂，洗去核酸-磁性氧化石墨烯粒子上吸附的其他杂质。

31、根据本公开的实施例，磁粒悬液中磁性氧化石墨烯粒子的浓度为0.012～0.36mg/ml。

32、根据本公开的实施例，本公开提供的磁性氧化石墨烯粒子、制备方法及其应用，通过琼脂糖的粘结修饰作用将具有磁性的纳米粒子包覆在氧化石墨烯材料表面，得到磁性氧化石墨烯粒子，可以特异性地吸附核酸，将核酸病毒从污水中提取出来。同时，磁性氧化石墨烯粒子的琼脂糖多孔壳层的存在可以保护病毒核酸免受核酸酶降解，同时避免污水中的重金属、腐殖酸、蛋白等干扰物抑制后续核酸的提取与扩增；磁性纳米粒子为其提供了磁性，可以通过外加磁场的作用下实现核酸从样本中的有效分离。本申请提供的磁性氧化石墨烯粒子可以实现方便快速地从复杂污水基质的样本进行核酸提取，提高了污水中病毒检测和预防的效率。

技术特征：

1.一种磁性氧化石墨烯粒子，包括：

2.根据权利要求1所述的磁性氧化石墨烯粒子，其中，

3.一种制备如权利要求1或2所述的磁性氧化石墨烯粒子的方法，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

5.根据权利要求3所述的方法，还包括：

6.一种如权利要求1或2所述的磁性氧化石墨烯粒子在核酸提取方面的应用，包括：

7.根据权利要求6所述的应用，其中，

8.根据权利要求6所述的应用，其中，

9.根据权利要求6所述的应用，其中，

10.根据权利要求6所述的应用，其中，

技术总结
本公开提供了一种磁性氧化石墨烯粒子、制备方法及其应用，其中磁性氧化石墨烯粒子，包括：氧化石墨烯材料；磁性纳米粒子，如四氧化三铁纳米颗粒，被包覆在氧化石墨烯材料表面；琼脂糖，用于粘合氧化石墨烯材料和磁性纳米粒子。利用氧化石墨烯材料特异性吸附核酸的特性，将磁性氧化石墨烯粒子用于提取污水中的核酸病毒。

技术研发人员：彭汉勇,金心宇,贺奔宇
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16