核酸自动提取仪

核算提取仪

一．核酸提取技术

北京贝尔生物工程有限公司PCR室

随着近年来分子生物学技术的高速发展，核酸扩增，核酸杂交将成为进行病原菌微生物检测，物种鉴定，物种起源、多样性评估及其亲缘关系、系统计划等常用研究手段之一。这样的分子检测和分子诊断技术在人体健康体检、视频法医等领域中具有至关重要的作用。而在所有的现代分子生物学检测技术首先面临的问题就是如何从样品中快速有效的分离提取所需的基因组核酸，并且大规模高质量的提取核酸分子也成为了一个挑战。

自1869年人类首次发现核酸分为脱氧核当核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），核酸的提取方法包括各种实验材料和试剂都一直在进行着改进，柠檬酸钠、RNase、SDS、硫氰酸胍等先后应用于核酸的提取。现今核酸的提取方法中主要有一些传统的方法比如CTAB法、Trizol法、氯化锂法、以及一些新兴的方法比如旋转离心柱提取法、玻璃粉吸附法、二氧化硅基质法、阴离子交换法、纳米磁珠提取法。总的来讲，不管采用什么样的方式方法进行核酸的提取以及纯化，主要可以分为以下三步：

第一步为利用物理或化学的方式促进细胞破裂，使细胞中的核酸释放出来。 第二步是初步的将核酸与细胞内部的蛋白质、多糖、脂类分离。新兴的方法比如旋转离心柱提取法是利用特定的载体，将释放的核酸吸附在特定的载体上，这种载体有且仅对于核酸具有较强的亲和力和吸附力。

第三步则是将核酸进行最后的洗脱与富集。

虽然具有相通的原理，对比传统的核酸提取法与新兴的核酸提取法，传统的核酸提取技术中包含的沉淀和离心等操作需要用到大量的生物样本，而且传统提取步骤较为繁杂，费时长，效率低下，很难实现自动化以及规模化，大部分方法涉及到有机试剂的使用，对于操作人员具有潜在的威胁，其应用的范围受到了明显的局限。因此，随着时间的推移，传统的从液相系统中分离提取核酸的方式逐步的被以固相吸附物载体为基础的新方法所取代。

二、 磁珠核酸提取法

20世纪90年代，磁珠提取核酸的方法是为了适应现代分子生物学检测实验高通量、高灵敏度、自动化的操作需要所打造的方法。该方法是纳米技术与生物

技术的结合，对比其他方法具有很大的优势，主要体现在能够实现高通量操作和自动化，目前已开发出具有96孔的可算自动提取仪，使得临床的检测具有了高通量的检测渠道；操作简单且耗时较短，整个的提取流程只有四步，基本上可以再30-40分钟内完成；安全性具有保障，不用传统方式中的有毒害的有机试剂，对实验操作人员的伤害较小；磁珠的特异性高，使得最后得到的核酸纯度高、浓度大；磁珠本身可以重复使用，成本低廉，适合广泛的使用。

磁珠法提取核酸的核心原理在于生物磁珠。生物磁珠是一种新型的功能化固体载体，其表面包被有活性基团，可以与多种生物活性物质发生偶联，兼具有液体的流动性和固体磁性材料等特点，在外磁场的作用下可以定向移动和集中，当撤去外磁场后，稍加振荡或抽吸又可均匀分散于液体中，从而使固液相的分离变的十分快捷方便，通过简单的洗脱可以得到纯度很高的靶向物质。其运作原理如图（见附件）。

相对于其他的方法，磁珠法具有其相应的优势。如下表所示。

表1. 核酸纯化方法比较

纯度 稳定性 技术要求 有机试剂 操作时间 规模化 多步离心 自动化

传统方法 较高 低 高 需要 较长 否 需要 否

高盐沉淀法

低 低 高 不需要 长 是 需要 否

硅介质柱 高 高 低 不需要 短 是 需要 是

离子交换 高 高 高 不需要 长 否 需要 否

磁性分离 高 高 低 不需要 短 是 不需要 是

磁珠法的这些特点同时解决了临床上的样品数量多且质量少等特点，特别针对于血样的提取。

三、核酸自动提取仪

核酸提取仪，是应用配套的核酸提取试剂来自动完成样本核酸的提取工作的仪器，核酸提取仪分为两类：一类是大型的自动化的，一般称为自动液体工作站； 另一类是小型自动核酸提取仪，利用封装好的配套试剂自动完成提取纯化过程。

大型自动液体工作站因为设备成本高昂，运行成本高，适合一次提取几千个同一种类标本，所以真正得到应用的比较少；而小型自动化的仪器，因为仪器设备和运行成本低，操作方便得到越来越多的应用。根据其应用的试剂的不同，又可以分为两类：一类为应用磁珠法试剂的仪器，另一类为应用离心柱法试剂的仪器，应用磁珠法的自动核酸提取仪操作简单，容易实现自动化，是市场上的主流。

磁珠法核酸提取仪与传统手工操作相比具有以下三大优势： 1） 的样品污染

2）自动化系统：在每一次的提取工作中，操作者只需要做好安装工作，布 置孔板，提取的整个过程不需要人为的参与，仪器自动处理，省时省力。

3）提取样本的核酸。同时高效的提取样品中的核酸。

4）提取控制：在提取过程中，如有需要，可以对提取过程进行监控。 作为体外检测的一个大巨头，美国贝克曼库尔特有限公司针对不同的工作量，开发了两种可供选择的提取仪器；SPRI-TE作为小型化的自动提取，提供高质量，高效率，可重复的磁珠核酸提取，专门为小实验室设计。Vidiera NsP则更倾向于血站，CDC，大型医院实验室等。贝克曼库尔特是提供和QIAGEN签约的extraction reagents，而且提取的核酸可以同LightCycler，Cobas，Taqman等连机做定量检测的结果。全自动样品提取96个样本需要个小时，

雅培--自动核酸提取装置雅培雅培m2000 系统是由雅培加拿大公司研发成功的，旨在用于医学诊断实验室样品的自动提取，可以和m2000 rt 联用。目前可以应用的检测有RT HIV-1, RT HBV, RT HCV 和RT CT/NG。该仪器主要由两个机械臂和八个单道移液器构成，将样品放入样品管中后，仪器就可以自动 工作，利用磁珠法进行核酸提取。在样品提取完成后，仪器还可以进行PCR试剂混合步骤。基本上没有手工的操作步骤，只需要把样本放入仪器，把PCR试剂放入仪器，最后把混合好的96 孔板拿到m2000 rt 当中，进行后续的反应。

以此两个公司为例，国外生物公司比如罗氏、QIAGEN、赛默飞世尔等公司分别具有相应的核酸自动提取仪。但对比发现，国外厂家所生产的核酸自动提取仪， 虽然通量高，全部实现了自动化，且得到的核酸质量纯度较好，但其市场价格高，维护成本高，试剂僵化多数只能配有专用的耗材。于此背景下，国内的核酸提取

无交叉污染：仪器部件都不接触到生物学的样本，减少批次间或批次内

仪已经取得了很高的市场占有率，其中以北京百泰克生物技术有限公司尤为突出，北京百泰克生物技术有限公司创建与2005年，由归国留学热员创建，致力于核酸分离纯化技术的研究，迄今为止，使用百泰克公司产品发表的问斩超过万篇，其研发的血液RNA提取技术，得率超过国际第一品牌QIAGEN公司2倍以上。百泰克全自动核酸提取仪在同类产品中脱颖而出，率先实现全自动，整个提取时间20-40分钟，相当快速；另外，对于凝固血以及组织的样品，不需对其进行预先消化过夜，直接剪入或者加入试剂板中，小时左右就可以提取高纯度，高浓度的DNA。国内的其他核酸提取仪相互对比如下图。

表2. 国内核酸提取仪比较

公司名称

仪器型号

处理通量

厦门欧达科 厦门致善 河南惠儿 西安天隆 台湾圆点奈

米 科华生物 台湾瑞基 杭州博日 北京百泰克

天根

DP-3000 Taco NPA-32 IAUTOMAG TGuide-M48

96 32 32 32 48

<50 30-60 30-90

>90 >95

>95

专用 专用

MP-120 Lab-Aid820 HR968 NP968 Smart LabAssist

24 20 32 32 24

处理时间 15-45 20-40 10-40 30-60

磁珠回收

率 95-99 >95 100 >95 >95

核酸的提

率 >90 100

配套耗材 专用 通用 专用 通用

四、总结

核酸提取仪的发展是伴随着核酸提取的发展而进行的，其发展的方向必定是朝向便捷化、自动化、高通量、一体化、人性化。国外进口的核酸提取仪本身质 量好，核酸的提取率高，自动化程度深，但其成本相对较高，其维护成本同样较 高。国内的核酸提取仪在提取的核酸从质量与数量上也十分优秀，显示出了很高的性价比，本部PCR室的主要任务为针对大规模的血清、血浆样品中病毒以及