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Magnetische Beads

Julian Pampel

Die Technologie der magnetischen Kügelchen hat viele Anwendungsbereiche. It can be utilized for the manipulation of biological material, including cells, nucleic acids, proteins microorganisms. Die magnetische Zellseparation, auch bekannt als magnetisch aktivierte Zellsortierung, wird auf der Grundlage bestimmter Oberflächenstrukturen der Zellen durchgeführt, im Gegensatz zu herkömmlichen Trennverfahren wie Filtration oder Zentrifugation. Die Beads können in folgenden Anwendungen weiterverwendet werden

  • As Carriers von Antigenen, Antikörpern, Katalysatoren, Proteinen und Nukleinsäuren für die gewebespezifische Ausrichtung
  • Magnetresonanztomographie und Magnetische Partikel Imaging
  • Nanomaterial-basierte Katalyse
  • CUT&RUN und CUT&Tag

Workflow

Die einfache und effiziente Sammlung von Beads in Magnetfeldern ermöglicht ein einfaches Spülen und Entfernen überschüssiger Reagenzien und Liganden nach der Kopplung des Ligandenmoleküls sowie die Verwendung in nachgeschalteten Anwendungen.Diese Methode erfordert keine Säulen oder Zentrifugationsschritte und ist daher ideal für Hochdurchsatz- und automatisierte Anwendungen. Der allgemeine Arbeitsablauf lässt sich in drei allgemeinen Schritten zusammenfassen (Abb. 1):

Figure 1. Allgemeiner Prozess: (1) Zugabe der Beads (grau); (2) spezifische Bindung mit dem gewünschten Analyten (grün); (3) Einfangen der an den Analyten gebundenen Beads mit einem Magneten; (4) Auswaschen der rohen Probenbestandteile und Elution des Analyten von den Beads.

Binden

Den Bindungspuffer der Wahl zu der Probe geben und gut mischen, um eine homogene Suspension zu erhalten. Beads hinzufügen. Mischen Sie die Beads durch Vortexen, bevor Sie sie zu der Probe geben. Die Probe mischen und inkubieren, um die Bindung zwischen Beads und Molekül von Interesse zu ermöglichen.

Waschen

Die Beads reagieren auf ein Feld in einem Magnetseparator, wodurch gebundenes Material schnell und effizient vom Rest der Probe getrennt werden kann. Ungebundenes Material wird einfach durch Absaugen entfernt, und das an die Beads gebundene Ziel wird durch den Einsatz des Magneten gewaschen. Es werden mindestens zwei Waschschritte empfohlen.

Entfetten

Das Bead-gebundene Target wird in einem geeigneten Volumen zur Verwendung in nachgeschalteten Anwendungen freigesetzt. Alternativ kann das Bead-gebundene Target direkt verwendet werden, während es noch an den Beads haftet.

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Bead Design

Die verschiedenen Oberflächenmodifikationen und Beadgrößen ermöglichen die Auswahl des optimalen Produkts für das richtige zu koppelnde Molekül.

Magnetischer Kern

Magnetische Beads, die bei der Reinigung verwendet werden, enthalten einen magnetischen Kern, der von verschiedenen Materialien umhüllt ist. Sie sind in der Regel entweder ferrimagnetisch oder superparamagnetisch3(fig.2).

Ferrimagnetische Magnetkerne sind mit über 30 nm relativ groß und haben ein starkes magnetisches Moment. Sie behalten dieses magnetische Moment auch nach Wegnahme des Magnetfeldes bei. Das starke Magnetfeld führt zu einer schnellen Separation der Perlen im Magnetfeld. Mögliche Nachteile sind Selbstmagnetismus und unerwünschte Anhaftung an Metalloberflächen.

Die superparamagnetischen Kerne treten je nach Material in Partikeln unter 50 nm mit einer einzigen magnetischen Domäne auf. Bei diesen Ein-Domänen-Magneten sind alle magnetischen Momente in dieselbe Richtung ausgerichtet, so dass bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds die Magnetisierung für das jeweilige Material und die Größe am größten ist. Hier kommt das superparamagnetische Verhalten zum Tragen, das mit dem Ferromagnetismus die hohen Magnetisierungswerte gemeinsam hat, die unter dem Einfluss eines schwachen Magnetfeldes erreicht werden, und mit dem Paramagnetismus die Abwesenheit von Magnetisierung, wenn das externe Magnetfeld entfernt wird. Diese Abwesenheit erhöht die Wirksamkeit der magnetischen Trennung von Zellen oder Biomolekülen. 1.

Bead Größe

We bieten magnetische Beads in verschiedenen Größen an, was sich auf die Handhabung und die Aufreinigungsergebnisse auswirkt.

Kleine Beads (1-10 µm) : Unser Supplier magtivio bietet Beads in drei Größen, 600 nm, 1 µm und 3 µm. Der Vorteil ist die große Oberfläche, die für die Reinigung zur Verfügung steht, aber ein kleineres Magnetfeld, das die Trennung, insbesondere von viskosen Lösungen, negativ beeinflussen kann. Im Vergleich dazu sedimentieren die 600 nm MagSi-Beads 4x langsamer als 1,0 µm Beads. Dies ermöglicht längere Inkubationszeiten ohne Schütteln und kann bei automatisierten und anderen Hochdurchsatzanwendungen wichtig sein, bei denen Schütteloptionen oft fehlen. MagSi-Beads mit einem Durchmesser von 3 µm haben stärkere magnetische Eigenschaften und trennen sich unter gleichen Bedingungen etwa 4x schneller als 600 nm-Beads.

Mittelgroße Beads (20-40 µm) :Sie bieten eine effiziente Trennung und eine große Oberfläche. In Kombination mit Agaroseoberflächen können die Bindungskapazitäten in der gleichen Größenordnung liegen wie bei kleinen Polyvinylbeads. ConA-Beads dieser Größe, z. B. ABIN6952467 sind ein hervorragendes Werkzeug für den CUT&RUN- und CUT&TAG-Workflow. Cube Biotechbietet MagBeads in der Größe von 25 µm an; sie werden für die Aufreinigung und spezifische Bindung von Proteinen mit verschiedenen Tags verwendet, wie GST oder Rho1D4.

Große Beads (70-120 µm) : haben Vorteile für spezielle Anwendungen, z.B. wenn die Reinigungsmethoden sowohl Magnetseparation als auch Filtration beinhalten. In Kombination mit Agaroseoberflächen sind die Bindungskapazitäten immer noch hoch. Beispiele sind die Protein A/G Magnetic Beads or MagSi-S 600 beads von magtivio. 600-nm-Beads haben den Vorteil, dass sie eine größere Oberfläche haben und die Sedimentationszeit von 600-nm-MagSi-Beads etwa viermal langsamer ist als die von 1,0-µm-Beads. Dies ermöglicht längere Inkubationszeiten ohne Schütteln/Mischen und kann für automatisierte und andere Hochdurchsatzanwendungen wichtig sein, bei denen Schüttel-/Mischoptionen oft fehlen.

Figure 2.Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes werden paramagnetische Materialien magnetisiert, aber wenn das Magnetfeld entfernt wird, geht diese Magnetisierung auf Null zurück. Im Gegensatz dazu weisen ferromagnetische Materialien in Abwesenheit des Magnetfelds eine remanente Magnetisierung (MR) auf. Superparamagnetische Materialien haben Eigenschaften von Ferromagnetismus und Paramagnetismus gemeinsam.

Figure 2. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes werden paramagnetische Materialien magnetisiert, aber wenn das Magnetfeld entfernt wird, geht diese Magnetisierung auf Null zurück. Im Gegensatz dazu weisen ferromagnetische Materialien in Abwesenheit des Magnetfelds eine remanente Magnetisierung (MR) auf. Superparamagnetische Materialien haben die Eigenschaften von Ferromagnetismus und Paramagnetismus gemeinsam.

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Oberflächenchemie

Der Magnetkern kann mit einer Reihe verschiedener Materialien ummantelt werden, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Agarose bildet ein dreidimensionales hydrophiles Netz aus linearen Zuckerpolymeren mit neutraler Ladung. Das Polymer ist chemisch vernetzt, um thermische und mechanische Stabilität zu gewährleisten (siehe Sepharose). Ähnlich wie die nicht-magnetische Agarose ist es sehr gut geeignet, um an Proteine zu binden, z.B. über Affinitätsliganden (Tab.1). Die große interagierende Oberfläche führt zu hohen Bindungskapazitäten. Die neutrale Oberfläche reduziert die unspezifische Bindung. Cube Biotech und Biovision verwenden diese Art von Oberfläche in der Mehrzahl ihrer Produkte.

Silica-Beads werden am häufigsten für die Aufreinigung von Nukleinsäuren verwendet. Sie werden bei einem pH-Wert von >3 negativ geladen und zeigen bei der Proteinaufreinigung manchmal unspezifische Bindungen. magtivio funktioniert normalerweise mit dieser Oberfläche.

Übersicht der Beschichtungsmaterialien

Table 1: Übersicht über die möglichen Bead-Oberflächen und ihren Zweck
Tag Description Protein binding
Aldehyde Amine Groups
Alkyl Typical for reversed phase applications: Proteins from the following samples:
C4-Alkyl Larger biomolecules like proteins Cell lysates, culture supernatant (e.g. secreted proteins).
C8-Alkyl suitable for sample preparation for proteomic profiling and biomarker research Urine, saliva and CSF
C18-Alkyl Peptides and protein digests Serum and plasma
Carboxyl Couples most proteins Amine groups; Lysin Histidin etc.
ConA specifically binds to various sugars, glycoproteins, and glycolipids carbohydrate-binding protein
Epoxy Useful for enzymes Lysin, Histidin, Tyrosine, etc.
GST Often chosen to promote recombinant protein folding GST-tagged proteins
Hydrazide Uses aldehyde coupling Abs and Glycoproteins
rho1D4 9 aa tag efficient in the purification of membrane proteins Glycoproteins
Streptavidin 8 aa tag Biotinylated Protein
Tosyl Useful for antibodies Sulfhydryl Amine groups

Wenn Sie weitere Fragen zu den Perlen und ihrer Verwendung haben, wenden Sie sich bitte an unseren Kundendienst, entweder per Telefon, Live-Chat oder E-Mail. Sie werden Ihnen gerne bei der richtigen Produktauswahl behilflich sein.

Referenzen:

  1. Shasha, Krishnan: "Nonequilibrium Dynamics of Magnetic Nanoparticles with Applications in Biomedicine." in: Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.), Vol. 33, Issue 23, pp. e1904131, (2021) (PubMed).
  2. Frimpong, Hilt: "Magnetic nanoparticles in biomedicine: synthesis, functionalization and applications." in: Nanomedicine (London, England), Vol. 5, Issue 9, pp. 1401-14, (2011) (PubMed).
  3. Issa, Obaidat, Albiss, Haik: "Magnetic nanoparticles: surface effects and properties related to biomedicine applications." in: International journal of molecular sciences, Vol. 14, Issue 11, pp. 21266-305, (2014) (PubMed).

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