[发明专利]空间上异质官能化的多孔基质和用于选择性去除污染物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年2月11日提交的美国临时专利申请系列号61/151,551的优先权，其公开内容通过引用整合到本文中。

关于联邦资助研究的声明

本发明受美国国立健康研究所资助，政府资助合同号为RR02496。美国政府对本发明享有一定权利。

发明领域

本发明涉及从生物分子的混合物中分离所需生物分子的组合物和方法。在一个实施方案中，本发明涉及从包含双链核酸、单链核酸和游离核苷酸的混合物中分离双链核酸的组合物和方法。

发明背景

在生物学材料的分析中，通常必须首先从分子混合物，例如来自生物学样品的分子混合物中分离或纯化感兴趣的分子。虽然可以基于其化学特性分离不同的分子，但此类分离方法费时费力。在核酸分子的分析中，如果所需的分子不足以方便的进行检测，则可以使用技术来增加其拷贝数，以便于检测。

例如，DNA分析和测序通常包括通过PCR扩增增加基因组的靶部分的拷贝数。在测序前，必须清理PCR产物，以去除引物和dNTP，因为剩余的引物可以在测序过程中作为延伸引物发挥作用，产生染料标记的序列片段，从而使数据破译复杂化，或者更糟糕的是导致错误的结论。此外，不成功的去除dNTP可能导致用于在测序反应中调控读取长度的dNTP与被标记ddNTP(双脱氧核苷酸)的比例次优化。相似的顾虑也适用于在MALDI-TOF分析前从样品中去除未延伸的引物。

PCR清理的常规方法一般依赖于DNA扩增子、引物和dNTP在固体支持物(例如，膜或磁性颗粒)上的固定，通常使用离液盐，然后在各种溶剂中从这些表面上选择性的洗脱不需要的组分，直到洗脱需要的组分。这些多步骤工艺是耗时的、劳动密集型的，并导入干扰后续反应的不理想组分，例如有机溶剂和离液盐，因而需要进一步清理。

为了改善聚合酶链式反应(PCR)扩增子用于下游应用的可用性，需要以更有效的方式去除多余的引物和未掺入的脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)，同时保留扩增的双链(ds)DNA(核酸)。

发明概述

在一个方面，本发明提供从生物分子混合物中分离生物分子的组合物和方法。在一个实施方案中，本发明提供从包含双链核酸和/或游离(单个)核酸的混合物中分离双链核酸的组合物和方法。作为示例，该方法可用于从DNA扩增反应所获得的混合物中分离双链DNA。

在一个实施方案中，本发明提供从在含水溶液中包含双链核酸(例如，DNA)、单链核酸和/或游离核苷酸的混合物中分离双链核酸的方法。所述混合物还可以包括酶。所述混合物与空间上异质官能化的纳米多孔材料接触，其中所述空间上异质官能化的纳米多孔材料的表面包括孔表面和非孔表面，且其中孔表面具有一种官能性的表面基团，非孔表面具有不同官能性的表面基团。在使单链核酸和/或游离核苷酸选择性吸附于孔表面的条件下，孵育含水溶液和纳米多孔材料。从含水溶液中分离纳米多孔材料，从而将双链核酸与单链核酸和/或游离核苷酸分离开。

例如，分离双链核酸，使含水溶液包含少于10％、5％、2％或1％单链核酸和/或游离核苷酸和/或酶(如果混合物中存在酶)。

孔表面可以用带正电的化合物和/或疏水化合物官能化，所述带正电的化合物选自胺、亚胺、含金属离子的化合物及其组合，以提供一种官能性的表面基团，而非孔表面可以用带负电的化合物和/或疏水的和/或抗吸附的化合物官能化，所述带负电的化合物选自阴离子化合物、聚阴离子化合物、聚电解质及其组合，以提供不同官能性的表面基团。

所述空间上异质官能化的纳米多孔材料可由至少两种独立的空间上异质官能化的纳米多孔材料组成，而所述独立的空间上异质官能化的纳米多孔材料表现出不同的孔表面官能性和/或不同的非孔官能性。

在另一个方面，本发明提供包含异质的官能化纳米多孔材料的组合物，其中异质的官能化纳米多孔材料的表面包括孔表面和非孔表面，其中所述孔表面具有一种官能性的表面基团，而非孔表面具有不同官能性的表面基团，其中所述纳米多孔材料具有直径为2至300nm的孔。所述纳米多孔材料可以是例如多孔二氧化硅、多孔氧化铝或沸石。

在一个实施方案中，所述异质的官能化纳米多孔材料的孔表面是用带正电的化合物(例如胺、亚胺、含金属离子的化合物)和/或疏水化合物官能化的，以提供一种官能性的表面基团，而非孔表面是用带负电的化合物(例如阴离子化合物、聚阴离子化合物、聚电解质)和/或疏水化合物和/或抗吸附的化合物官能化的，以提供不同官能性的表面基团。

附图简要说明