磁珠法核酸自动提取仪在分子生物学领域的应用_罗英

磁珠法核酸自动提取仪在分子生物学领域的应用

罗　英

（浙江迪安诊断技术股份有限公司，杭州　３１００００）

摘　要 磁珠法核酸自动提取仪可以简单、快速、高效和经济地实现各种标本核酸的自动提取。本文概述了核酸自动提取仪的原理及分类，磁珠法核酸自动提取仪原理、分类、特点及其在分子生物学领域的应用。关键词 磁珠　核酸　ＮＡＴ　核酸自动提取仪　分子生物学

自沃森－克里克的ＤＮＡ双螺旋模型诞生以后，生物学进入到了一个全新的时代，在生物

学界，无论是进行病原微生物的检测、物种鉴定，还是进行物种起源、多样性评估及其亲缘关

系、系统进化等的研究，首先都需要对核酸进行分离纯化，因此对ＤＮＡ的提取成为生物医药

领域甚至农林牧渔等领域内所有学科进行科学研究的基础。而能否提取出高质量的核酸则是

核酸分子生物学试验中的关键，提取方法的灵敏度、特异性也将直接关系到后续试验的成

败［１］。因此核酸提取是分子生物学的基本方法，也是核酸分析中最关键的方法。科学家们因此开出发了一系列的核酸提取方法，包括经典的酚氯仿抽提法，新发展的硅胶膜吸附法、磁珠

分离法等。而随着基因诊断在临床疾病的诊断和监测中发挥着日益重要的作用，基因诊断对

核酸检测赖以完成的前提技术———核酸提取技术提出了新的要求，高效、便捷、环保、大通量、

自动化成为核酸提取技术发展的主流方向。在这种背景下，核酸自动提取仪应运而生，很多公

司纷纷推出自己的全核酸自动提取仪器，各种原理的都有，本文将对核酸自动提取仪原理及分

类作一概述，重点介绍磁珠法核酸自动提取仪的原理、分类、优势及应用现状。

１　核酸自动提取仪原理及分类

核酸自动提取仪，又叫核酸自动纯化仪，是一种应用配套的核酸提取试剂来自动完成样本

核酸快速提取工作的仪器。根据其提取原理可分为离心柱法和磁珠法两种。离心柱法全核酸

自动提取仪主要采用离心机和自动移液装置相结合的方法，通量一般在１～１２个样本，操作时

间和手工提取差不多，并不能提高实际工作效率，且价格昂贵，不同型号仪器的耗材也不能通

用，仅适合经费充足的大型实验室使用。而磁珠法核酸自动提取仪则是以磁珠为载体，利用磁

珠在高盐低ｐＨ值下吸附核酸，在低盐高ｐＨ值下与核酸分离的原理，再通过移动磁珠或转移

液体来实现核酸的整个提取纯化过程。由于其原理的独特性，所以可设计成很多种通量，既可

以单管提取，也可以提取８～９６个样本，且其操作简单快捷，提取９６个样本仅需３０～４５ｍｉｎ，

大大提高了实验效率，且成本低廉，因而可以在不同实验室使用。

根据仪器型号大小又可分为两大类：一类是大型的自动化仪器，一般称为自动液体工作

站；另一类是小型的自动化仪器，利用封装好的配套试剂自动完成核酸提取纯化的过程。大型

自动液体工作站，功能非常强大，可以自动完成液体分液、吸液等工作，甚至可以将扩增、检测

等仪器设备整合在一起，一次性实现标本提取、扩增、检测全自动化操作。提取核酸只是其功

能的一个应用，因为其设备成本高昂，运行成本高，不太适合常规实验室使用，一般都应用在一２２蚕　学　通　讯

Ｎｅｗｓｌｅｔｔｅｒ　ｏｆ　Ｓｅｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ 第３３卷　第２期２０１３年　６月次提取大量（至少９６个，一般几百个）同一类标本的实验需求上，所以真正得到应用的比较少。

而小型的自动化仪器是通过运行结构的特殊设计来达到自动提取核酸的目的，其仪器设备和

运行成本低，操作方便，因而得到越来越多的应用，近年来已有很多种不同机型陆续投放市场。

２　磁珠法核酸自动提取仪的原理、分类及优势

２．１　磁珠法核酸自动提取仪的原理与分类

磁珠法核酸自动提取仪一般可分为磁棒法和抽吸法两种。抽吸法，也叫移液法，就是通过

液体的转移来实现核酸的提取纯化，一般通过操作系统控制机械臂来完成移液。其过程与原

理包括：１）裂解：在样品中加入裂解液，通过反复吹打混匀及加热，破碎细胞释放核酸；２）吸附：

在样品裂解液中加入磁珠，充分吹打混匀，利用磁珠在高盐低ｐＨ值下对核酸具有很强亲和力

的特点，吸附核酸，在外加磁场作用下，磁珠与溶液分离，利用吸头将液体移出弃至废液槽，吸

头弃掉；３）洗涤：撤去外加磁场，换用新吸头加入洗涤缓冲液，反复吹打混匀，去除杂质，在外加

磁场作用下，将液体移出；４）洗脱：撤去外加磁场，换用新吸头加入洗脱缓冲液，反复吹打混匀，

结合的核酸即与磁珠分离，从而得到纯化的核酸。

磁棒法，即通过磁珠的转移来实现核酸的分离纯化，一般通过仪器里磁棒的运动，来实现

磁珠从样本裂解液／结合液到洗涤液，再到洗脱液的转移，从而自动完成核酸分离与纯化的全

过程。其过程与原理包括以下几个步骤：１）裂解吸附：在含磁珠的裂解液中加入待处理样品，

充分混合，裂解细胞（适当加热有助于细胞的裂解），释放的核酸在高盐低ｐＨ值下特异性的吸

附到磁珠上，而蛋白质等分子则不被吸附而留在溶液中；２）洗涤：在磁棒的磁场作用下，磁珠与

溶液分离，磁棒将磁珠转移至洗涤缓冲液中，经过反复洗涤，去除蛋白质无机盐等杂质；３）洗

脱：洗涤结束后，磁棒又将磁珠转移至洗脱缓冲液中，在低盐高ｐＨ值下核酸从磁珠上被洗脱

下来，最后磁棒又将磁珠移出，即完成核酸的全部提取。

２．２　磁珠法核酸自动提取仪的优势

传统的核酸提取技术包含沉淀、离心等操作，并需要大量的生物样本，这些纯化方法的步

骤繁杂、费时长、收率低，且需接触有毒试剂，因而很难实现自动化操作；而采用磁珠为载体的

分离技术，无需离心，无需大量检材，也无需接触酚／氯仿等有毒试剂，且操作简单方便，很容易

实现自动化操作，３０ｍｉｎ就能实现样品的快速、高效制备，是未来核酸纯化方法发展的一个重

要方向。因而磁珠法核酸自动提取仪，具有传统ＤＮＡ提取方法无法比拟的优势，主要体现

在［２－３］：①能够实现自动化、高通量操作。核酸抽提技术与磁珠自动化完美结合，实现无交叉

污染的高通量自动化核酸抽提，目前已有９６孔的核酸自动提取仪，能够一次性实现对９６个样

品的快速处理，符合生物学高通量的操作要求，使得传染性疾病爆发时能够进行快速及时的应

对，这一特点使得传统方法望尘莫及；②操作简单、快速。整个提取流程只有裂解－结合－洗

涤－洗脱四个步骤，无需专业培训技术人员，即可从样本中快速高效的提取靶核酸，且大多可

以在３０～４５ｍｉｎ内完成；③安全环保。整个提取过程无需用到传统方法中的苯、氯仿等有毒

的有机试剂，安全无毒，绿色环保，且采用封闭式空间，将对实验操作人员的伤害降低到最少，

完全符合现代环保理念；④高纯度，高得率。磁珠与核酸的特异性结合使得提取的核酸纯度

高、浓度大，且提取的核酸可直接用于ＰＣＲ等后续试验；⑤无污染，且结果稳定。采用智能化

操作系统，严格控制孔孔之间污染，并采用一次性塑料提取套管，避免不同批次间污染；同时保

证实验结果的稳定性和可重复性，避免人工操作引起的差异及错误；⑥成本低廉，便于广泛应３２２期 罗　英：磁珠法核酸自动提取仪在分子生物学领域的应用用。由于磁珠合成采用的都是低价无机和有机原料，无须特殊的仪器设备，使得最终的合成和

研发成本都很低，符合我国的基本国情和经济现状；⑦可以同时处理不同类型的样本，适应了

建立ＤＮＡ数据库所需的不同类型大量生物样本的提取，为我国ＤＮＡ数据库的建设铺平了道

路，打下了基础。

３　磁珠法核酸自动提取仪的选择

随着磁珠在基因检测领域的应用，越来越多的核酸自动提取装置被开发出来。因此如何

选择一款合适的核酸自动提取仪，就需要我们根据机器特点并结合实际需求进行认真选择。

磁珠法核酸自动提取仪根据移液特点主要分为磁棒法和抽吸法两大类，而这两种类型的

仪器又各有利弊。抽吸法磁珠核酸自动提取仪通过吸头转移液体实现核酸的分离纯化，其优

点是：（１）无需提前分装液体；（２）移液过程不会产生因液体掉落造成交叉污染；（３）可以适用于

不同的磁珠法核酸提取试剂，即凡是手动法可以操作的试剂基本上都可以在该类仪器上使用。

但这类仪器，也有一个很大的缺点：为了尽可能彻底地去除废液，吸头会伸到深孔板孔底，但为

了避免去除废液的时候吸走磁珠，吸头又不能靠磁珠太近，因而每次抽废液的时候总会有一小

部分液体残留，特别是磁铁设计在底部的装置，因为磁珠被磁铁吸附在深孔板底部，所以吸头

不能靠底部太近，这样每次的洗涤液就不能去除完全，而残留的洗涤液中的盐和乙醇／异丙醇

会直接影响后面的洗脱效率和ＰＣＲ成功率；磁铁设计在侧面的装置残留的液体相对较少，但

其洗脱的效率却不好，因其仅靠ＤＮＡ自行溶解到洗脱缓冲液中，所以会需要较长时间，该类

９６核酸自动提取仪，提取一轮的时间差不多是３２通量磁棒法的５倍。另外该类仪器目前主

要由国外的一些厂家研制，主要依靠机械臂进行运行，需要专业编程和专业维护，且移液需要

很多枪头，因此机器设备成本比较昂贵，所需耗材成本也不低，因而仅推荐经费充足的实验室

选用。

磁棒法核酸自动提取仪相对应用较多，通量通常有８、１６、３２、９６通道，相对于抽吸法，磁棒

法的最大优点就是：每一步的液体不会残留，因为磁棒只带走磁珠，然后转移到下一个步骤相

应的反应孔中，且其编程简单，易维护；不足之处就是需要提前手工加试剂，且不能将手动法磁

珠提取试剂直接拿来使用，而需要根据机器特点优化试剂操作。在选择磁棒法提取仪时，我们

还需要根据实际试验需要尽可能选择功能更齐全的，比如可以加热、制冷的，且每个加热槽最

好独立温控，这样就可以设置加热、裂解、洗脱的不同温度，有助于提高裂解和洗脱效率，而采

用制冷装置的则有助于ＲＮＡ提取过程中避免ＲＮＡ的降解。最重要的是，带动磁棒的电机要

能带动磁棒进行液体的快速混匀和搅拌，这样才能有利于自动化和有助于裂解和漂洗的彻底。

磁棒法的通量最好选择３２通道，９６通道虽然通量更高，但９６个磁棒上面的液体在从一个板

转移至另外一个板的过程中可能会滴落造成污染，而３２通道的磁棒运行轨迹不经过其他样本

的上空，不会造成交叉污染。目前国内基本都是该类型的提取仪，机器成本低，且效果也与国外

产品相当，比较而言，国产磁珠法核酸自动提取仪成本低廉，供货周期短，且不依赖于进口试剂。

磁珠法核酸自动提取仪国内外有很多种品牌，目前国际市场上的主流品牌有：Ｔｈｅｒｍｏ的

Ｋｉｎｇｆｉｓｈｅｒ系列、ＩｎｎｕＰｕｒｅ?Ｃ１２／Ｃ１６、ＲＯＣＨＥ的ＭａｇＮＡ　Ｐｕｒｅ　ＬＣ、Ｑｉａｇｅｎ的Ｂｉｏｒｏｂｏｔ

９６０４、ＡＢＩＰｒｉｓｍ?６１００Ｎｕｃｌｅｉｃ　Ａｃｉｄ　ＰｒｅｐＳｔａｔｉｏｎ、ｅｐＭｏｔｉｏｎ　５０７５ＴＭＸ、ＱｕｉｃｋＧｅｎｅ６１０等；国

内品牌主要有：西安天隆的ＮＰ９６８系列、厦门欧达的ＭＰ－１２０系列、台湾圆点奈米的Ｓｍａｒｔ

ＬａｂＡｓｓｉｓｔ－３２、科华生物的ＤＰ－３０００、上海浩源（台湾基亚）的ＣｈｉＴａＳＢＳＳ１２００、杭州博日的

４２蚕　学　通　讯 ３３卷