综述：纳米材料辅助DNA提取、分离与吸附的策略：机制、材料与应用

《The Nucleus》：Nanomaterial-assisted strategies for DNA isolation, separation and adsorption: mechanisms, materials and applications

　　

摘要

从样本中分离和纯化脱氧核糖核酸（DNA）的能力，是法医基因组学、临床分子诊断和环境监测领域的一个重要里程碑。传统的提取方法，如苯酚-氯仿法和硅胶柱色谱法，存在诸多不足。其缺点包括可扩展性差、可重复性低、试剂毒性以及对微量或降解样本的处理效率下降。纳米技术为DNA提取和纯化带来了重大飞跃。它通过定制底层的物理化学反应，提供高比表面积分子来有效吸附和捕获DNA分子。本综述介绍了DNA与纳米材料相互作用的内在机制，包括静电作用、氢键和π-π堆积机制。同时提供了概述，重点介绍了各类纳米材料的进展。纳米材料的种类繁多，涵盖超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）、碳纳米管以及新一代镧系金属-有机框架（Ln-MOFs）。这些颗粒在质量比提取方面可实现超过150%的DNA提取效率。文章强调了表面功能化在DNA-纳米材料相互作用中以及总体上控制结合机制和动力学方面的重要性，特别是巯基-金化学和共价胺化。此外，还分析了将这些纳米材料整合到即时诊断微流控平台和高通量自动化系统中的应用。最后，本综述从经济可行性、环境影响和工业可扩展性挑战等方面对这些材料进行了批判性评估，这些方面主要界定了当前文献、实验室研究与商业化之间存在的差距。本手稿符合联合国可持续发展目标（SDGs），特别是SDG 4（优质教育）和SDG 15（陆地生物），并促进通过分子、遗传学和细胞学方法为这些全球优先事项做出贡献的研究。