王萍萍，李浩辰，彭玉，羅小夢，朱麗華，王宏，陳芳，王楠

華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，武漢 430074

核酸提取是分子生物學(xué)檢測的首要步驟，常用方法有酚-氯仿抽提法、陰離子交換法、硅介質(zhì)吸附法等[1]。近年來，采用磁性Fe3O4為吸附介質(zhì)的磁珠法，不僅避免了使用有毒有機溶劑，而且可采用磁分離裝置實現(xiàn)自動化、批量化操作，逐漸成為核酸提取的主導(dǎo)方法，在醫(yī)學(xué)檢驗、疾病診斷、基因工程等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用[2-6]。磁珠法又被稱為磁固相萃取法，是21世紀(jì)分離富集領(lǐng)域的革命性技術(shù)。Fe3O4的粒徑分布、表面理化性質(zhì)和分散性是影響其吸附性能的主要因素。納米Fe3O4(又名納米磁珠)比表面積大，表面具有豐富的羥基及鐵離子，既可作為吸附位點直接結(jié)合目標(biāo)物，又可通過表面修飾改善吸附性能。因此，納米Fe3O4的制備及表面改性是開發(fā)磁珠法應(yīng)用的關(guān)鍵。

本文將磁珠法提取核酸引入實驗教學(xué)，開發(fā)了一個綜合實驗(表1)，不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，而且能培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感?；趯嶒灄l件及安全性考慮，本實驗選取生物化學(xué)實驗中常用的酵母RNA作為提取對象，首先采用超聲輔助反相共沉淀法制備粒徑小、分散性好的磁性納米Fe3O4；通過調(diào)控Fe3O4與RNA之間的相互作用，建立提取分析酵母RNA的方法；最后，考察新方法的實際應(yīng)用情況。本實驗涉及無機化學(xué)、分析化學(xué)(含儀器分析)、生物化學(xué)等五大基礎(chǔ)化學(xué)知識，能夠鍛煉學(xué)生綜合運用化學(xué)知識和實驗手段解決實際問題的能力。此外，本實驗內(nèi)容可拆分為不同模塊，自由組合為4-16學(xué)時，滿足不同專業(yè)、不同背景學(xué)生的教學(xué)需求。

表1 實驗教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時安排

1 實驗?zāi)康?/h2>

通過文獻檢索，了解磁性納米Fe3O4的制備方法及其在磁固相萃取中的應(yīng)用；掌握超聲輔助反相共沉淀法制備納米Fe3O4的方法及表征手段；學(xué)習(xí)磁珠法提取RNA的原理；鍛煉學(xué)生學(xué)以致用、解決實際問題的能力。

2 實驗原理

2.1 納米Fe3O4的制備及表征

納米Fe3O4的制備方法主要有共沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法和水熱法等[7]。其中，共沉淀法操作簡便，但傳統(tǒng)機械攪拌正相共沉淀法耗時較長(＞ 4 h)、需要N2保護且產(chǎn)物粒徑分布寬。超聲輔助反相共沉淀法在空氣氛圍下即可制得粒徑約20 nm的Fe3O4，耗時短(＜ 1 h)，且條件溫和(60 °C)[8]，適合實驗教學(xué)。在反相沉淀法中，鐵鹽過飽和，生成的晶核多，產(chǎn)物粒徑小；超聲波“空化泡”效應(yīng)和剪切作用進一步抑制粒徑生長，加速傳質(zhì)和反應(yīng)進行。采用多種儀器分析方法，表征產(chǎn)物的組成、產(chǎn)率、表面性質(zhì)及磁響應(yīng)性等。

2.2 磁珠法提取酵母RNA

以酵母RNA為代表，建立納米Fe3O4提取分析RNA的方法。納米Fe3O4表面存在豐富的羥基和鐵離子，可通過氫鍵、靜電和/或配位作用結(jié)合RNA的磷酸基或堿基(圖1)實現(xiàn)吸附。采用合適的解吸劑(例如磷酸鹽)破壞上述作用，即可實現(xiàn)解吸。RNA堿基中存在共軛結(jié)構(gòu)，在紫外波段有強吸收，故可用紫外光度法測定其含量，評價吸附及解吸情況。利用FT-IR技術(shù)研究了Fe3O4與RNA及解吸劑之間的相互作用，探究提取機制。

圖1 Fe3O4吸附及磷酸鹽解吸酵母RNA示意圖

2.3 磁珠法的實際應(yīng)用情況

選擇酵母粉為實際樣品，考察磁珠法的實際應(yīng)用情況。超聲輔助-低鹽法是利用超聲機械作用和電解質(zhì)滲透效應(yīng)破壞酵母粉的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，釋放出RNA[9]，隨后采用磁珠法提取分析?？刂瞥晻r間在45 min以內(nèi)，可將酵母粉破壁但不破壞RNA結(jié)構(gòu)[10]。破壁處理液中存在細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)及少量氨基酸、多肽、糖類、DNA和RNA等，其中細(xì)胞膜、細(xì)胞壁及蛋白質(zhì)沉淀可采用低速離心分離去除。預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)氨基酸、多肽及糖類不影響RNA的吸附。DNA和RNA具有類似結(jié)構(gòu)，但酵母粉中DNA含量僅為RNA的0.3%-5.0%，其干擾與紫外光度法誤差相比亦可忽略。

3 實驗部分

3.1 試劑和儀器

硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)、氯化鐵(FeCl3·6H2O)、氨水(NH3·H2O)、硫酸鐵銨(NH4Fe(SO4)2·12H2O)、鄰二氮菲(C12H8N2·7H2O)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)、磷酸一氫鈉(Na2HPO4·12H2O)和乙酸鈉(CH3COONa)均為分析純試劑，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司；酵母RNA購自上海如吉生物科技發(fā)展有限公司；酵母粉購自安琪酵母股份有限公司。

10%鹽酸羥胺溶液，0.15%鄰二氮菲溶液(1 : 1乙醇水溶液)，50 μg·mL-1鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液(用硫酸鐵銨配制)，1000 μg·mL-1酵母RNA標(biāo)準(zhǔn)溶液，pH = 5.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液(1 mol·L-1)，pH = 7.0磷酸鹽緩沖溶液(0.2 mol·L-1)。

BS210S電子分析天平(北京賽多利斯有限公司)，pHS-25型pH計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，KQ-200KDE超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，UV2600i紫外-可見分光光度計(UV-Vis，日本島津公司)，INVENIO R傅立葉變換紅外光譜儀(FT-IR，德國Bruker公司)，ZEN3690 Zeta電位分析儀(英國Malvern公司)，Tecnai G2 T20透射電子顯微鏡(TEM，美國FEI公司)；D8 Advance X射線衍射儀(XRD，德國Bruker公司)，PPMS-9物理特性測試系統(tǒng)(美國Quantum Design公司)。

3.2 納米Fe3O4的制備及表征

3.2.1 納米Fe3O4的制備

采用超聲輔助反向共沉淀法制備納米Fe3O4[8]，具體過程如下：稱取1.39 g FeSO4·7H2O (5 mmol)和1.35 g FeCl3·6H2O (5 mmol)于15.00 mL水中，溶解得Fe2+和Fe3+混合溶液(現(xiàn)配現(xiàn)用)。將超聲波清洗器的溫度升至60 °C，取20.00 mL 3.5 mol·L-1氨水溶液于100 mL碘量瓶中并置于超聲器中，將上述鐵鹽溶液逐滴加到氨水溶液中，加完后繼續(xù)反應(yīng)30 min。通過磁分離收集所得沉淀，并用水洗滌至溶液pH近中性。最后，將Fe3O4超聲分散于50.00 mL水中，轉(zhuǎn)移至試劑瓶備用。

由于常規(guī)加熱干燥易導(dǎo)致納米Fe3O4表面氧化及團聚，影響水中分散度及磁分離性能，故本實驗將新制備的Fe3O4配制成分散液備用。

3.2.2 納米Fe3O4的表征

(1) 鄰二氮菲法測全鐵和亞鐵。

采用酸溶解-鄰二氮菲顯色光度法測定Fe2+和全鐵(Fe2+和Fe3+)含量[8,11]，具體步驟如下：準(zhǔn)確移取0.50 mL Fe3O4分散液于10 mL比色管中，加入1 : 1鹽酸6-8 mL，溶解后，用水定容。分別取2份上述試液0.25 mL于50 mL容量瓶，一份加鹽酸羥胺，另一份不加，采用鄰二氮菲顯色法，在510 nm處測定吸光度，據(jù)此計算產(chǎn)量及Fe2+/Fe3+摩爾比。根據(jù)3.2.1節(jié)實驗數(shù)據(jù)可知Fe3O4理論產(chǎn)量，進而可計算產(chǎn)率。

(2) 表面官能團及電荷測定。

通過磁分離收集Fe3O4，干燥，然后與適量KBr混合研磨、壓片，進行FT-IR測試，獲取其表面官能團信息；用稀鹽酸或NaOH調(diào)節(jié)水溶液pH為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0和10.5。取上述溶液10.00 mL，加入0.10 mL Fe3O4分散液，搖勻，利用Zeta電位分析儀測試，獲取Fe3O4的表面電荷行為。若無Zeta電位分析儀，也可采用酸堿滴定法測定Fe3O4表面電荷[12]。

(3) 形貌及晶體結(jié)構(gòu)等表征。

若有實驗條件，還可進行如下表征：采用TEM觀察Fe3O4的形貌；采用XRD測試其晶型；在±3 T、溫度為300 K下，采用物理特性測試系統(tǒng)測定Fe3O4的磁滯回線。

3.3 納米Fe3O4提取酵母RNA方法的建立

3.3.1 提取條件優(yōu)化

以酵母RNA標(biāo)液(20 μg·mL-1)為代表，參照表2所示實驗條件考察溶液pH、Fe3O4用量、解吸劑種類及用量對RNA吸附及解吸的影響，具體步驟如下(圖2)：用稀鹽酸或NaOH調(diào)節(jié)RNA標(biāo)液pH，移取10.00 mL上述溶液，加入定量Fe3O4分散液，搖勻后超聲5 min，靜置吸附0.5 h。用磁鐵分離固液，取上清液測試其在260 nm處的吸光度，通過公式(1)和(2)分別計算RNA的吸附率(Y)和吸附量(Q)。向回收的Fe3O4中加入定量解吸劑，搖勻后靜置5 min。用磁鐵分離，取上清液測試其在260 nm處的吸光度，分別通過公式(3)和公式(4)計算酵母RNA的回收率(R)和富集倍數(shù)(E)。

表2 Fe3O4提取酵母RNA實驗條件優(yōu)化

圖2 Fe3O4提取酵母RNA實驗過程示意圖

其中，c0(μg·mL-1)和V0(mL)分別為待提取RNA的濃度和體積，ct(μg·mL-1)為上清液中RNA的濃度，cMBs(g·L-1)和VMBs(mL)分別為磁珠分散液的濃度和體積，cR(μg·mL-1)和VR(mL)分別為解吸后RNA濃度和解吸劑體積。ct和cR可通過UV光度法直接測定酵母RNA的標(biāo)曲(A= 0.0198c+ 0.0086)計算得到。

3.3.2 提取機制研究

磁回收吸附及解吸前后的納米Fe3O4，干燥后與適量KBr混合研磨、壓片，進行FT-IR測試。

3.3.3 提取方法建立

用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH = 2.0，配制一系列1-100 μg·mL-1酵母RNA標(biāo)液；根據(jù)濃度范圍，按照優(yōu)化的提取條件進行實驗及紫外光度測定，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

3.4 酵母粉中RNA的提取分析

參照表3所示的實驗條件，考察破壁及提取條件的影響，實驗過程如下：稱取定量酵母粉，加入20.00 mL NaCl溶液，搖勻，在超聲波清洗器里抽提45 min，轉(zhuǎn)移至離心機(轉(zhuǎn)速為3000 r·min-1)中離心5 min，收集上清液。移取0.20 mL上清液于10 mL比色管，定容，加入定量Fe3O4分散液，搖勻后超聲5 min，靜置吸附0.5 h。磁分離去除上清液，向殘留的固體中加入定量磷酸鹽溶液，搖勻后靜置5 min。用磁鐵分離固液，取上清液測試其在260 nm處的吸光度。在優(yōu)化的條件下，提取酵母粉中RNA，并計算其含量。

表3 酵母粉破壁及RNA提取實驗條件優(yōu)化

4 結(jié)果與討論

4.1 納米Fe3O4的理化表征

4.1.1 產(chǎn)率、組成及磁響應(yīng)性能

采用超聲輔助反向共沉淀法制備Fe3O4，利用TEM觀察其形貌。如圖3a和3b所示，產(chǎn)物為球形，粒徑約17 nm，與文獻報道類似[8]。圖3c為產(chǎn)物的XRD圖譜，在衍射角2θ =30.2°、35.7°、43.3°、57.2°和62.8°處出現(xiàn)5個特征峰，與Fe3O4的XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS card No. 19-0629)一致，分別對應(yīng)于(220)、(311)、(400)、(511)和(440)晶面。圖3d為產(chǎn)物的磁滯回線，飽和磁化強度為71.5 emu·g-1，且未出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象。將Fe3O4分散液置于磁鐵附近靜置10 s，分散液中的顆?？焖倬奂诖盆F處(圖3e)，表明可通過磁鐵高效分離回收Fe3O4。以上結(jié)果表明，磁性納米Fe3O4成功制備。考慮到實驗教學(xué)條件限制，圖3a、3d實驗結(jié)果可由教師進行展示教學(xué)。

采用酸溶解-鄰二氮菲顯色光度法測定了產(chǎn)物中Fe2+及全鐵含量。圖3f為鄰二氮菲法測定鐵的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，顯色產(chǎn)物吸光度與Fe2+濃度在1-5 μg·mL-1內(nèi)線性相關(guān)(A= 0.203c- 0.0015)。按照3.2.2小節(jié)(1)實驗方法，試樣溶液直接顯色的吸光度為0.151，而經(jīng)鹽酸羥胺還原再顯色的吸光度為0.449，經(jīng)計算知3.2.1小節(jié)制得的分散液中Fe2+、Fe3+和全鐵分別為3.0、5.9和8.9 g·L-1，即產(chǎn)物中Fe3+/Fe2+摩爾比為1.97，與Fe3O4理論值2相符；Fe3O4含量為12.3 g·L-1。采用5 mmol Fe2+和5 mmol Fe3+按照3.2.1小節(jié)實驗方法制得的50.00 mL分散液中理論上應(yīng)含全鐵為11.2 g·L-1，即Fe3O4濃度為15.4 g·L-1，因此，該方法的產(chǎn)率為80%。

圖3 納米Fe3O4的表征結(jié)果

4.1.2 表面官能團及電荷情況

圖4a為納米Fe3O4的FT-IR光譜曲線。3433、1627 cm-1處的吸收峰分別為Fe3O4表面O―H的伸縮和彎曲振動；578和449 cm-1處的吸收峰分別為Fe―O的伸縮和剪切振動[13]。圖4b考察了Fe3O4分散液在不同pH條件下的Zeta電位。由圖可知，納米Fe3O4的零電點pH ≈ 7.5；當(dāng)pH ＜ 7.5時，F(xiàn)e3O4表面帶正電荷；反之，則帶負(fù)電荷，這是由于Fe3O4表面OH得失H+所致(反應(yīng)式5)[12,14]。

圖4 (a) 納米Fe3O4的FT-IR吸收光譜曲線；(b) Fe3O4分散液的Zeta電位曲線(n = 3)

4.2 納米Fe3O4提取酵母RNA方法的建立

4.2.1 吸附條件優(yōu)化

圖5a對比了酵母RNA標(biāo)液吸附前后的紫外吸收光譜曲線變化。pH = 2.0時，20 μg·mL-1酵母RNA標(biāo)液的最大吸收波長(λmax)為260 nm，吸光度為0.41；加入0.20 mL納米Fe3O4分散液，磁分離后的上清液吸光度僅0.05，表明Fe3O4對酵母RNA有較強的吸附能力。當(dāng)溶液pH由2.0增至10.0，RNA的吸附率由90%降至30% (圖5b)。酵母RNA的等電點約為2-2.5，pH = 2.0時，其磷酸基帶負(fù)電荷，氨基帶正電荷；此時，納米Fe3O4表面帶正電(圖4b)，可通過靜電引力及氫鍵吸附RNA的磷酸基；溶液pH增加，F(xiàn)e3O4表面正電荷減少，對RNA的靜電引力減弱，吸附率下降。因此，選擇溶液pH = 2.0進行吸附實驗。

在pH = 2.0時，考察了納米Fe3O4用量對10.00 mL酵母RNA標(biāo)液(20 μg·mL-1)吸附的影響。結(jié)果顯示：Fe3O4用量由0.20增至0.70 mL時，酵母RNA的吸附率在90%左右略微變化，而吸附量由72.0降至20.4 mg·g-1(圖5c)，表明RNA/Fe3O4初始質(zhì)量比在23.2-81.3 mg·g-1時，F(xiàn)e3O4表面的吸附位點并未被RNA完全占據(jù)，且RNA初始含量越大，單位質(zhì)量Fe3O4對RNA的吸附量越大。從節(jié)約試劑的角度來看，宜選擇加入0.20 mL Fe3O4分散液。

實際樣品RNA含量范圍廣，例如面包、葡萄酒等中酵母RNA含量不足100 μg·g-1，而酵母粉中RNA高達1%-5%，故本實驗還考察了Fe3O4對100 μg·mL-1RNA的吸附情況。以5.00 mL酵母RNA標(biāo)液(pH = 2.0)為提取對象，參照上述實驗結(jié)果將RNA/Fe3O4初始質(zhì)量比設(shè)為81.3 mg·g-1，即加入0.50 mL Fe3O4，實驗測得酵母RNA的吸附率和吸附量分別高達93%和76.3 mg·g-1(圖5d)，表明RNA濃度在20-100 μg·mL-1時，可選擇加入0.50 mL Fe3O4分散液。

圖5 (a) 酵母RNA (20 μg·mL-1)吸附前后的紫外吸收光譜曲線；(b) 溶液pH和(c) Fe3O4用量(VMBs)對酵母RNA 吸附率(Y)及吸附量(Q)的影響；(d) 酵母RNA在不同條件下的吸附情況

4.2.2 解吸條件優(yōu)化

核酸提取中常用的解吸劑有強電解質(zhì)鹽溶液、酸堿緩沖溶液和陽離子表面活性劑等?；诰G色化學(xué)理念，本實驗考察了三種價廉無毒的無機解吸劑：pH = 5.5醋酸-醋酸鈉緩沖溶液(1.0 mol·L-1)、pH ≈ 6.0氯化鈉溶液(1.0 mol·L-1)和pH = 7.0磷酸鹽緩沖溶液(0.2 mol·L-1)。如圖6a所示，采用磷酸鹽時，解吸后的上清液顯示了與酵母RNA相似的吸收光譜曲線，表明RNA的結(jié)構(gòu)未被破壞；λmax= 260 nm處的吸光度為1.02，大于吸附前樣品的吸光度(0.41，圖6a)。作為對照，磷酸鹽溶液自身在230-300 nm區(qū)間無吸收，表明磷酸鹽已將RNA解吸下來，根據(jù)公式(3)計算得回收率約88%。相反，NaCl溶液幾乎無解吸效果，而醋酸-醋酸鈉體系的回收率不足20% (圖6b)。此外，磷酸鹽解吸后的溶液放置過夜，酵母RNA的吸收光譜曲線幾乎不變，表明磁珠法提取的RNA較穩(wěn)定。

選擇磷酸鹽為解吸劑，當(dāng)其用量由2.00增至4.00 mL，酵母RNA回收率由76%增至88% (圖6c)，但富集倍數(shù)由3.2降至1.8 (圖6d)。綜合考慮，選擇3.00 mL磷酸鹽作為解吸劑。

圖6 (a) 酵母RNA經(jīng)吸附及磷酸鹽解吸的紫外吸收光譜曲線；(b) 解吸劑種類及(c, d) 磷酸鹽用量(VPO4)對 酵母RNA回收率(R)和富集倍數(shù)(E)的影響

4.2.3 提取機制研究

為了探究磁珠提取核酸的機制，本文考察了吸附及解吸前后，F(xiàn)e3O4的FT-IR光譜曲線的變化。如圖7a所示，吸附RNA后，F(xiàn)e3O4在1680、1220和1067 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰。對比酵母RNA標(biāo)樣的FT-IR光譜曲線可知，1680 cm-1為RNA堿基上C＝O的伸縮振動，1220和1067 cm-1為磷酸基的對稱和非對稱伸縮振動[15]。吸附后，上述RNA的三處吸收峰均向低波數(shù)移動，表明C＝O以氫鍵形式吸附在Fe3O4表面，而磷酸基可通過氫鍵、靜電引力或配位作用吸附(圖1)。采用pH = 7磷酸鹽溶液解吸后，F(xiàn)e3O4表面吸附RNA在1680和1220 cm-1處的特征吸收峰消失，而1126和1053 cm-1處的吸收峰顯著增強(圖7b)，表明磷酸鹽吸附在Fe3O4表面，從而將RNA解吸下來。這與圖6a解吸液的紫外吸收測試結(jié)果一致，可能是由于與RNA的磷酸基及羰基相比，磷酸鹽與Fe3O4表面OH及Fe3+之間的作用更強，可有效破壞Fe3O4與RNA之間的作用。

圖7 (a) Fe3O4吸附酵母RNA前后及(b)磷酸鹽解吸前后的FT-IR光譜曲線

4.2.4 磁珠提取分析酵母RNA方法的建立

針對不同濃度范圍的酵母RNA，本文在優(yōu)化的提取條件下建立了2套提取分析方法(表4)，以適應(yīng)實際應(yīng)用的需要。如圖8所示，解吸液吸光度與酵母RNA初始濃度在1-20及10-100 μg·mL-1范圍內(nèi)線性相關(guān)，直線斜率分別為0.0449和0.0268，均高于實驗測得的酵母RNA的吸光系數(shù)(0.0198 L·μg-1·cm-1)，表明磁珠法還具有富集作用，富集倍數(shù)分別為2.3和1.4倍。由圖6d及表4可知，增加取樣量、降低磁珠及磷酸鹽用量可提高富集倍數(shù)，滿足更低濃度酵母RNA的測定需求。反之亦然。此外，針對生物樣品中(超)痕量核酸，例如新冠病毒核酸檢測，可利用實時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)技術(shù)對磁珠法提取的核酸進行擴增后再檢測，檢出限可低至5.2-3.8 copies/reaction[16]。

表4 不同濃度范圍內(nèi)的RNA提取分析方法建立

圖8 Fe3O4提取分析不同濃度范圍酵母RNA的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(n = 3)

4.3 實際樣品酵母粉中RNA的提取分析

將酵母粉分散在20.00 mL NaCl溶液中進行超聲輔助破壁，當(dāng)NaCl濃度由2.5%增至10%，RNA的釋放量逐漸增多；之后繼續(xù)增加鹽濃度至15%，RNA釋放量逐漸下降(圖9a)，故選擇NaCl濃度為10%；降低酵母粉與鹽溶液的固液比，有利于RNA的釋放(圖9b)，但固液比過低，酵母粉用量少，稱量誤差較大，因此，選擇酵母粉用量為0.10 g；破壁后的上清液采用磁珠法提取，固定磷酸鹽用量為3.00 mL，改變Fe3O4用量(0.20-1.00 mL)，實驗發(fā)現(xiàn)采用0.50 mL Fe3O4時提取效率較佳(圖9c)，經(jīng)計算得酵母粉中RNA含量約為1.9%。

圖9 (a) NaCl溶液濃度、(b) 固液比(S/L ratio)及(c) Fe3O4用量對酵母粉RNA提取的影響(n = 3)

5 實驗教學(xué)組織形式和特點

本綜合實驗涉及無機納米材料合成與表征、核酸提取方法建立與機制探究、實際樣品應(yīng)用等，適合在化學(xué)類專業(yè)高年級開設(shè)。建議將實驗分為4個環(huán)節(jié)、學(xué)生分為6-8人項目組進行教學(xué)(表1)：第1-4周，課外預(yù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，查閱文獻，完成實驗方案設(shè)計；第5周，項目組匯報實驗設(shè)計方案，師生共同討論，確定實驗方案；第6-7周，實驗操作環(huán)節(jié)，將項目組再分成2-3人實驗小組，合作完成整個實驗；第8-9周，完成實驗報告及成果匯報PPT，分享實驗結(jié)果和經(jīng)驗，教師點評總結(jié)，提升教學(xué)質(zhì)量。

6 結(jié)語

本實驗采用超聲輔助反相共沉淀法制備了磁性納米Fe3O4，粒徑約17 nm；FT-IR表征顯示表面有Fe-O及OH官能團，鄰二氮菲顯色法測得Fe3+/Fe2+摩爾比為1.97，產(chǎn)率為80%。磁珠法提取酵母RNA的回收率受Fe3O4用量、溶液pH、解吸劑組成與用量的影響，在優(yōu)化的條件下，RNA回收率達85%以上，建立了提取分析方法，并成功用于實際樣品中酵母RNA的提取分析。利用FT-IR技術(shù)研究了Fe3O4與RNA及解吸劑之間的相互作用，提出了磁珠法提取酵母RNA的機制。

在教學(xué)過程中，本實驗利用項目式教學(xué)激發(fā)了學(xué)生自主探索的潛能和創(chuàng)新意識，借助問題導(dǎo)向調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，在解決問題的實踐中鍛煉學(xué)生學(xué)以致用的能力，在分組實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和團隊精神。此外，結(jié)合全球公共衛(wèi)生事件，引入科學(xué)研究前沿和熱點，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣、培養(yǎng)社會責(zé)任感；內(nèi)容涉及多學(xué)科交叉，學(xué)時分配靈活，實驗操作簡單，試劑安全無毒，適合學(xué)生實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)。