新型冠狀病毒(2019-nCoV)在全球大規(guī)模爆發(fā)，讓“核酸檢測”進入公眾視野。在新冠肺炎的全球診斷標準中，基于熒光定量PCR的核酸檢測是“金標準”。與PCR一起出現(xiàn)的還有另一個關(guān)鍵設備-核酸提取儀，它是利用匹配的核酸提取試劑自動完成樣本核酸提取的儀器。在核酸檢測過程中，核酸提取作為預處理，對最終分析結(jié)果的準確性起著重要作用。Automatic 核酸提取儀是大規(guī)模人群核酸快速檢測的重要技術(shù)支撐。核酸提取儀已廣泛應用于環(huán)境微生物檢測、食品安全檢測、法醫(yī)鑒定、疾病控制與醫(yī)療、生物研究、畜牧業(yè)等諸多領域。

今天科普一下它的發(fā)展歷史，檢測原理，結(jié)構(gòu)等。，并對核酸提取儀給出了透徹的解釋。

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“核酸提取儀”的誕生和發(fā)展

新型冠狀病毒的檢測需要五個步驟:取樣、留樣、保存、核酸提取和計算機檢測。大多數(shù)臨床樣本的核酸濃度相對較低。從復雜的生物樣品中提取高純度的核酸對保證核酸檢測的高靈敏度和高準確度起著關(guān)鍵作用。

核酸提取是指從復雜系統(tǒng)中分離和純化核酸。核酸分子的完整性、純度、樣品溶解率和核酸吸附率可以作為核酸提取效率的指標。

1869年，瑞士醫(yī)生和生物學家弗里德里希·米舍夫(Friedrich Miescherf)分離出一種叫做核酸的核酸；。

20世紀80年代初，德國生物化學家艾布萊希特·科塞爾進一步提純了核酸；

1889年，德國病理學家理查德·奧特曼創(chuàng)造了核酸這個術(shù)語。

1938年，英國物理學家和生物學家威廉·阿斯特伯里和弗洛倫斯·貝爾(后改名為弗洛倫斯·索耶)發(fā)表了頭一張DNA的X射線衍射圖；

1953年，美國分子生物學家詹姆斯·沃森和英國分子生物學家弗朗西斯·克里克確定了DNA的結(jié)構(gòu)。

此后，研究人員不斷改進提取材料和方法，發(fā)展了一系列核酸提取技術(shù)。其開發(fā)過程如下:

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“核酸提取儀”的原理

核酸提取儀的工作原理

目前核酸提取儀的工作原理主要分為磁珠法和柱法，其中磁珠法占據(jù)當前市場的主流地位。

磁珠的工作原理主要是利用磁珠對核酸的特異性識別和高效結(jié)合，通過磁珠吸附核酸達到分離效果。常見的磁珠類型包括氧化鋯磁珠和二氧化硅磁珠。根據(jù)磁珠與液體的分離方法，提煉出磁選機法和抽吸法，其原理和過程相同。

磁珠提取過程示意圖(來源網(wǎng)絡)

磁珠法核酸提取儀的特點

1.高效、簡單、高通量操作、操作簡單、時間短。

2.它靈活穩(wěn)定，可實現(xiàn)自動化操作，重復性高。

3.安全環(huán)保，減少對操作者身體的傷害。

4.價格低廉，能滿足數(shù)據(jù)庫建設。

5.核酸質(zhì)量穩(wěn)定、純度高

柱萃取的工作原理主要是利用硅膠對核酸的特異性吸附。在高鹽低pH的環(huán)境下，將核酸吸附在硅膠膜上，然后通過離心或洗脫(洗脫液為低鹽高pH溶液)將其剝離，達到分離的目的。一般通量為1-12個樣本。與手工提取相比，操作時間沒有明顯優(yōu)勢，目前主要用于實驗室研究。

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“核酸提取儀”的分類

根據(jù)不同類型的儀器。

1)自動液體工作站

自動液體工作站是一個非常強大的設備，它可以自動分配和吸取液體，甚至通過集成擴增和檢測功能，實現(xiàn)標本提取、擴增和檢測的全自動化。提取核酸只是其功能的一個應用，不適合常規(guī)的實驗室提取核酸。一般適用于單一種類標本的實驗要求，一次可抽取非常大量的標本(至少96個，一般為數(shù)百個)。自動化工作站平臺的建立和運行需要相對較大的資金。

2)小型自動核酸提取儀

小型自動化儀器通過操作結(jié)構(gòu)的特殊性，可以自動提取核酸，可以應用于任何實驗室。

根據(jù)不同的提取原理。

1)儀器采用離心柱法

離心柱法核酸提取儀主要采用離心機和自動移液裝置相結(jié)合的方法。通量一般為1-12個樣品，操作時間與人工提取幾乎相同。不能提高實際工作效率，而且貴。不同類型儀器的耗材不能通用，只適合資金充足的大實驗室。

2)使用磁珠法的儀器

以磁珠為載體，基于磁珠在高鹽低PH值下吸附核酸，在低鹽高PH值下與核酸分離的原理，通過移動磁珠或轉(zhuǎn)移液體即可實現(xiàn)核酸提取純化的全過程。由于其原理的獨特性，可以設計成多種通量，單管或8-96個樣品即可提取。而且其操作簡單快捷，提取96個樣品僅需30-45分鐘，大大提高了實驗效率，成本低廉。因此可以在不同的實驗室使用，是目前市場上的主流儀器。

根據(jù)工作性質(zhì)。

1)手工提取核酸存在操作步驟復雜、效率低、核酸純度低等問題。

2)全自動核酸提取是利用匹配的核酸提取試劑快速提取樣品核酸，具有操作簡單、準確度高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。在此次新冠肺炎疫情中，高通量自動核酸提取儀在大規(guī)模人群核酸檢測中發(fā)揮了重要作用。

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“核酸提取儀”的應用

核酸提取儀是生物分子相關(guān)分離純化實驗室中非常重要的儀器，可廣泛應用于基因組學、疾病控制和醫(yī)療、臨床診斷、法醫(yī)鑒定等領域。

1.基因組學

無論提取樣品的來源是微生物、動物、植物還是病毒，核酸提取儀結(jié)合試劑盒可以快速純化足夠數(shù)量和純度的DNA或RNA。高質(zhì)量的核酸可以滿足下游應用的需要(如PCR/實時PCR、基因芯片、Southern印跡和Northern印跡)。

2.疾控中心疾病預防控制

基于全自動核酸提取儀的快速高通量技術(shù)，可用于解決甲型H1N1流感、兒童手足口病、麻疹病毒等的快速自動化疫情監(jiān)測系統(tǒng)。，提高重大疫情的應對能力。

3.臨床樣本的分子診斷

該核酸提取純化系統(tǒng)能夠快速、高通量地處理臨床樣本，提取的核酸可用于后續(xù)的分子診斷。它也適用于福爾馬林固定和石蠟包埋(FFPE)的組織樣本。

4.畜牧獸醫(yī)

它能高效、靈敏地提取禽流感病毒、新城疫病毒、豬瘟病毒、牛病毒性腹瀉病毒、貝氏柯克斯體等。

5.法醫(yī)學的應用

對于法醫(yī)工作來說，核酸提取的效率和穩(wěn)定性非常重要。核酸提取儀與法醫(yī)樣本核酸提取專用磁珠試劑配合使用時，可從包括煙頭、發(fā)根、軟骨、指甲、血漬等不同來源的材料中純化出高質(zhì)量的DNA。

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“核酸提取儀”常見問題及解決方法

1.磁棒核酸提取儀手工提取與電腦提取有顯著差異。

磁棒式核酸提取儀通常使用磁性保護套(攪拌套)轉(zhuǎn)移磁珠并均勻混合液體，深孔板底部使用加熱模塊加熱深孔板孔內(nèi)液體，從而模擬人工操作過程。手工提取的實驗結(jié)果只能說明手工操作過程和試劑光環(huán)沒有問題，轉(zhuǎn)到儀器后要綜合考慮。

磁珠法的一般操作流程:裂解、結(jié)合、洗滌、洗脫可在手工操作中分步實現(xiàn)。但為了限度避免人工操作，通常在一個孔內(nèi)進行破解和組合。客戶一般使用酒精作為粘接液，不僅稀釋了裂解液，也影響了裂解效率。而且由于孔內(nèi)液體溫度上升，酒精揮發(fā)影響鍵合效率。另外，儀器一般采用底部加熱方式，孔內(nèi)溫度無法以儀器設定溫度為準，不同廠家的儀器加熱效率也會有所不同。所以光這一步就要在電腦上優(yōu)化系統(tǒng)。

2.磁棒核酸提取儀孔位置提取效率不同。

磁條型核酸提取儀一般用卡片或黃色鋼球固定96孔深孔板，底部有槽形加熱片。在進行加熱條件下的實驗時，如果深孔板的孔與底部的加熱槽沒有緊密貼合，會直接影響實驗結(jié)果。這種安靜的情況導致了孔間實驗結(jié)果的不穩(wěn)定。如果發(fā)現(xiàn)一個固定孔的提取結(jié)果總是與其他孔有較大差異，可以考慮儀器的加熱模塊是否有問題，觀察該孔的上游裂孔是否有磁珠殘留，用空白樣品檢查儀器在孔間的磁珠轉(zhuǎn)移能力是否徹底。

3.磁棒核酸提取儀機器提取中加入的洗脫液體積與實際獲得的核酸溶液體積不同。

目前市場上的磁棒核酸提取儀加熱模塊大多位于96孔深孔板的一、六、七、十二排。一排和七排大部分用作裂解和結(jié)合孔，而第六排和第十二排用作洗脫孔。因為大部分萃取實驗在裂解結(jié)合步驟中需要加熱，而第六排與第七排相鄰，由于熱傳導效應的存在，使得熱解加熱時第六列洗脫液的溫度也會升高，從而導致洗脫液的蒸發(fā)。因為洗脫液的體積很小(50μL-200μL)，所以實際得到的核酸溶液的體積與加入的洗脫液系統(tǒng)的體積相差很大。

4.提取的核酸產(chǎn)量低。

A.樣品體積與試劑的比例應控制在一定范圍內(nèi)，以免超過裂解能力。

B.粉碎和研磨的步驟。處理細節(jié)很重要。必須充分研磨，這是提取核酸的條件。

c、在洗脫步驟中，使用足夠的洗脫劑進行洗脫并充分混合，以避免wjdtpod殘留結(jié)塊。

D.實驗耗材要配套。比如不同的吸附柱或磁珠對核酸的吸附能力不同，也會影響核酸的產(chǎn)量。

5.提取的核酸被降解。

A.提取的樣品量應符合試劑的比例，并盡量控制樣品量達到適當?shù)谋壤?/p>

B.注意每一步都要充分均勻的混合，避免結(jié)塊的殘留影響實驗結(jié)果。

C.在洗脫過程中，如果時間太長或溫度太高，核酸可能會降解。

D.切記樣品不要反復凍融，提取的樣品要保存在適宜的溫度下，長期保存盡量在-80℃。

6.提取的核酸純度不夠高。

A.樣品量和試劑如裂解物的比例應盡可能控制在合適的范圍內(nèi)。

B.攪拌均勻，保證充分開裂，無塊狀殘留物。

C.干燥的步驟要充分，否則可能會導致酒精等雜質(zhì)的殘留。

D.如果磁棒的振蕩幅度過小或混合時間過短，磁珠上的雜質(zhì)殘留會影響磁珠吸附核酸的能力。

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“磁珠核酸提取儀”的常見誤區(qū)

誤區(qū)一:磁珠用的越多，提取效果會越好。

很多老師喜歡在提取效果差的時候加大磁珠的量。他們認為更多的磁珠可以吸附更多的核酸。不得不說，這種想法是不可取的。

磁珠的主要特點是在外加磁場的作用下，能以固態(tài)分散在液體中或從液體中分離出來。任何試劑體系，磁珠與液體的比例都應該有一定的閾值。如果超過一定的比例，太多的磁珠會失去分散特性，因為它們不能均勻分散在液體中，在洗滌過程中核酸磁珠和液體之間的接觸效率不能充分增加。過多的磁珠也會吸附更多的雜質(zhì)，對除雜效果影響很大。有時，過多的磁珠會吸附液體體系中起主要作用的蛋白酶、溶菌酶等功能成分，導致整個試劑盒效率低下。在很多情況下，當提取效果不好時，減少磁珠的用量是提高提取效果方法。

通常磁珠法試劑盒給出的參比磁珠量略過量，需要增加磁珠量以提高吸附效率的情況并不多。但是，如果確定由于磁珠量不足導致提取效果不好，則可以通過在一定范圍內(nèi)增加磁珠量來提高提取效果。

以GNT-02系列磁珠為例，提取常量樣品(植物組織、全血等)時。)，通常用量為10ul/次；提取微量樣本(如血清游離DNA、口腔拭子等)時。)，磁珠量應在15~20ul/次。如果需要超過這個使用量，需要和技術(shù)工程師溝通。

誤區(qū)二:使用的試劑越多，提取效果越好。

破解效果不好？添加更多的裂解溶液。洗滌效果不好？添加更多洗滌液。這是很多客戶在使用套件時的習慣思維。

但是對于磁珠法來說，每增加一部分液體體積，磁珠的碰撞幾率就會降低，降低磁珠的碰撞幾率會導致吸附率的大幅下降。所以在很多情況下，雖然增加裂解液和洗滌液確實可以增強裂解和洗滌，但磁珠提取的核心是磁珠吸附核酸的效率，不保證磁珠的碰撞效率就無法保證核酸提取的效率。因此，簡單地增加用于改善提取效果的試劑的量可能不是完全有效的。

對于GNT-B02全血基因組DNA試劑盒，裂解液和洗滌液的量分別不得超過400微升/次和500微升/次。如果真的需要對系統(tǒng)進行放大，那么磁珠和樣品的量也要相應增加，而且這個放大不一定是成比例的。

誤區(qū)三:洗滌次數(shù)越多，萃取效果越好。

當提取的核酸中雜質(zhì)過多時，用戶會考慮多洗幾次，以獲得更純的核酸。增加洗滌次數(shù)確實有利于核酸的純化，但考慮到每次洗滌都會損失一定量的核酸，增加核酸裂解和水解的可能性，一般將洗滌次數(shù)控制在2~4次為宜。

對于GN系列試劑盒，單個凈化試劑盒洗滌次數(shù)為2次，植物和動物試劑盒洗滌次數(shù)為3次，血液試劑盒洗滌次數(shù)為3~4次。

誤區(qū)四:取樣越多，提取效果越好。

當樣品不夠新鮮或者核酸含量本身較少時，核酸提取效果往往較差，很多老師會通過多取樣品來增加核酸提取量。

但單純增加樣品量有時會導致雜質(zhì)過多，超過裂解液的裂解能力，降低提取效率。因此，不建議單純增加樣本量來達到增加提取量的目的。

如果由于樣品量不足，提取量確實太低，建議在開始提取前進行富集或濃縮步驟。或者增加切割的完全性以暴露更多的核酸也是一種解決方案。

誤區(qū)五:如果某一種磁珠是好的，那么它應該在所有實驗中都很好用。

磁珠的種類很多，不同的粒徑、不同的分散性、不同的磁響應時間、不同的包被基基質(zhì)、不同的外部修飾官能團、不同的包被密度、不同的官能團臂長，都會導致磁珠的特性不同。

所以不同的磁珠所適應的實驗和系統(tǒng)是不一樣的。就像同樣一種提取核酸的試劑，配方不完全一樣，用于提取核酸的磁珠性質(zhì)也不完全一樣。

有些磁珠在提取大核酸時表現(xiàn)出更高的吸附效率，有些磁珠更適合提取微量核酸。有些磁珠適用于酸性試劑體系，有些磁珠適用于堿性試劑體系。有些磁珠磁響應好但沉降速度快，比較適合磁棒自動提取儀；有些磁珠沉降速度慢，但磁響應時間長，更適合移液自動提取儀。

少數(shù)幾種磁珠可以用于所有實驗。除了固定的試劑盒，在大多數(shù)情況下，磁珠和試劑系統(tǒng)必須調(diào)整一段時間。

誤區(qū)六:與某個套件相比，效果不好，就是磁珠不好。

很多客戶在篩選磁珠的過程中，只是在成熟的試劑體系下，簡單的更換等量的磁珠，來比較磁珠的效果。

這樣很容易得出某些磁珠效果不好的結(jié)論，但實際上由于不同的磁珠適用于不同的體系和劑量，往往需要調(diào)整才能得到更好的提取效果。

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購買“核酸提取儀”

核酸提取儀常見的核心參數(shù)有:提取原理、機械原理、提取時間、樣品通量、樣品管容量、針尖頭通量、針尖頭數(shù)、接口、儀器重量、儀器尺寸等。同時，在購買核酸提取儀時，除了上述核心參數(shù)外，還需要考慮以下因素:

1.操作簡單，使用方便。

每次提取時，操作人員只需做安裝工作，布置孔板(提供提取所需的試劑)。整個提取過程不需要人工幫助，儀器自動完成，并盡可能配置中文界面，有利于學習儀器的使用和編輯程序，減少新操作人員的誤操作，降低實驗失敗的風險。

2.高吞吐量、速度和便利性

根據(jù)不同的應用場景，可以實現(xiàn)一次快速處理盡可能多的樣本，在短時間內(nèi)完成提取，從而保證核酸提取的高效、快速和及時。

3.安全、環(huán)保、穩(wěn)定、無污染。

操作中涉及的試劑盒和溶劑要盡量低，對人體無害。

4.低成本和開放平臺

基于成本考慮，試劑耗材的消耗和供應周期在采購時也要考慮。盡可能選擇適合不同廠家提取的不同規(guī)格耗材和試劑的兼容性高的儀器。

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“核酸提取儀”的使用和注意事項

以某品牌核酸提取儀為例。

1.儀器的開箱和安裝

1.打開儀器包裝。

為了減少對儀器的人為損壞，請按如下方式打開包裝。

剪斷綁在儀器包裝箱外的包裝帶，打開包裝箱；

取下附件包裝袋；

緊緊地抓住塑料泡沫，小心地將儀器連同塑料泡沫一起從包裝箱中取出；

移除儀器外部的塑料泡沫和塑料袋；

抓住儀器的底部，將其可靠地放置在實驗臺上。

打開門，取下翼形螺釘和固定塊，否則會損壞儀器。

注意:任何時候都不要用手柄移動儀器。

2.開箱檢驗

打開核酸提取儀包裝后，用戶需要檢查收到的零件是否與裝箱單相符。

3.儀器安裝

3.1.儀器的放置

本儀器應放置在通風良好、無腐蝕性氣體或強磁場干擾的室內(nèi)。不要將儀器放在潮濕或多塵的地方。

儀器上的開口是為通風設計的。為避免過熱，不得堵塞或覆蓋這些通風口。溫度過高會影響儀器的性能或?qū)е鹿收稀Ｕ埼鹪陉柟庵鄙湎率褂帽緝x器，并遠離暖氣、火爐和所有其他熱源。

長時間不使用儀器時，拔掉電源插頭，用軟布或塑料蓋住儀器，防止灰塵進入。

3.2.電源線的連接

a)注意電源的使用。

連接交流電源前，確保電源電壓與儀器要求的電壓一致(允許10%的偏差)，并確保電源插座的額定負載小于儀器的要求。

b)注意電源線。

本儀器通常應使用隨附的電源線。如果電源線損壞，必須更換而不是修理。必須用同型號同規(guī)格的電源線更換。使用本儀器時，不要按壓電源線上的任何東西。不要把電源線放在有人行走的地方。

c)插入并拔出電源線。

插拔電源線時一定要握住插頭。插入時確保插頭完全插入插座，拔插頭時不要拔電源線。

3.3.安裝紫外線殺菌燈。

用戶必須按照以下步驟自行安裝紫外線殺菌燈(與熒光燈的安裝方法一致):

a)將紫外燈管的插頭從燈座的凹槽中推入燈座中；

b)旋轉(zhuǎn)90度。

4.工作環(huán)境要求

考慮到儀器的安全性和性能，安裝核酸提取儀的環(huán)境應滿足以下條件:

非爆炸性環(huán)境；

正常大氣壓(海拔應低于3000米)，環(huán)境溫度為20-35℃，典型使用溫度為25℃；；

相對濕度從10%到80%；

流動的空氣應在35℃或以下；

避免過熱和液體意外濺入儀器(不要將儀器放在熱源附近，如電加熱器。為防止電子元件短路，避免水或其他液體濺到儀器中)。

5.空氣供應要求

核酸提取儀在35℃以下，需要足夠的空氣供應，以消散儀器內(nèi)的熱量。進氣口和出氣口位于儀器的背面。如果供氣不足或空氣溫度過高，儀器會自動失靈甚至死機。

請確保充足的空氣供應:

不要擋住進風口，核酸提取儀離其他垂直表面至少10cm，離其他熱循環(huán)儀或加熱儀器更遠；

不要讓灰塵或纖維聚集在進氣口。

請確保空氣足夠涼爽。

不要在前面或后面放置兩個或兩個以上核酸提取儀(或其他儀器)，以免排氣口的熱空氣直接進入進氣口。

測量儀器入口處的空氣溫度，確保進入儀器的空氣溫度為35°C或更低。

6.保護接地

a)儀器接地

為避免觸電，儀器的輸入電源線必須可靠接地。本儀器使用帶第三(接地)針的三芯接地插座，只能與接地電源插座配合使用。這是一個安全裝置。

如果插座無法插入插座，請請電工安裝正確的插座，以免使接地插頭失去安全功能。

b)遠離帶電電路。

操作人員不允許擅自打開儀器。零件的更換或機器的內(nèi)部調(diào)整必須由經(jīng)過認證的維護人員完成。請勿在連接電源的情況下更換組件。

注意:儀器三相電源輸入端的接地端必須可靠接地。

二。操作保護和限制措施

1.操作前的保護

請完整閱讀本手冊，其中包含全面操作本儀器的必要信息。

安裝:儀器應按照第1部分的要求打開包裝并安裝。核酸提取儀三相電源輸入，接地

端子必須可靠接地。

2.運行中的保護

機器運行過程中禁止打開核酸提取儀的門，否則會對儀器造成損壞；

操作時，樣品室加熱器表面溫度高，禁止觸摸；

每次開柜都要切斷電源。

3.確保風道暢通。

儀器用空氣加熱和冷卻時，進氣口和出氣口必須暢通無阻。如果有灰塵，可以用軟刷和濕布。

或者真空吸塵器。如果這些孔被灰塵或纖維堵塞，機器會有加熱和排氣障礙，導致

相關(guān)性能故障。

警告:為防止風道堵塞，請經(jīng)常檢查進風口和出風口的積塵情況。

4.危險因素

4.1樣品污染

由于該儀器多用于檢測污染樣本，因此必須放置在PCR實驗室內(nèi)，操作人員必須遵守PCR實驗室的相關(guān)規(guī)定，穿戴防護服、手套等相關(guān)防護措施。

4.2電源

確保使用核酸提取儀附帶的電源線；只有主電源插頭才能插入有接地保護的電源插座。沒有保護地線就不能用延長線；

在切斷主電源之前，請不要更換保險絲；

確保只使用實驗所需的電流和特定型號的保險絲，禁止使用代用保險絲和短路保險絲盒；

儀器通電時，打開外殼或拆卸零件會造成人身傷害，因此在進行任何調(diào)整、更換、維護或修理前，請切斷所有電源；

4.3缺陷和異常情況

當保護措施可能已經(jīng)損壞時，停止使用儀器，并確保沒有無意識的操作。如果儀器出現(xiàn)以下情況，保護設施可能已經(jīng)損壞:

可見損壞；

無法開展預期工作；

運輸壓力太重，承載壓力太重；

在不適當?shù)臈l件下儲存時間過長。