2025-07-29
在(zai)多組(zu)(zu)學(xue)研(yan)究(jiu)中(zhong)，液體樣本（如尿液、細(xi)胞培養上清、根系(xi)分泌物、水體等）由(you)于(yu)獲(huo)取(qu)相對方便，廣泛(fan)應用于(yu)蛋白組(zu)(zu)、代謝組(zu)(zu)、脂(zhi)質(zhi)組(zu)(zu)、微生物組(zu)(zu)等組(zu)(zu)學(xue)研(yan)究(jiu)之中(zhong)。然而，這類樣本的一個共性挑戰——目標(biao)分子(zi)濃(nong)度低，直接使用可(ke)能(neng)信號微弱甚至無法檢(jian)測。因(yin)此，“樣本濃(nong)縮”成為確保(bao)檢(jian)測靈(ling)敏(min)度和(he)數(shu)據質(zhi)量(liang)的關鍵步驟(zou)！
本期文章將為大家介紹五種常見的液體樣本濃縮方法：冷凍干燥、氮吹濃(nong)縮、減壓旋轉蒸發(fa)、超濾(lv)(lv)(lv)離心和濾(lv)(lv)(lv)膜(mo)過濾(lv)(lv)(lv)，包括(kuo)它們的原理(li)、操作步驟和(he)適(shi)用場景，幫助科研(yan)人員根據實驗需求選擇最合適(shi)的處理(li)方(fang)式。
1.冷凍干燥
冷凍干燥機
原理(li)
冷凍干(gan)燥（又稱凍干(gan)）基于(yu)升(sheng)華(hua)原理：即樣品在(zai)凍結狀(zhuang)態(tai)下(xia)直接(jie)將(jiang)冰態(tai)水轉化為(wei)氣(qi)態(tai)，跳過(guo)液態(tai)過(guo)程，從(cong)而實現干(gan)燥與濃(nong)縮。首先將(jiang)樣本迅速凍結，保(bao)持代(dai)謝物(wu)原始(shi)狀(zhuang)態(tai)；隨后(hou)在(zai)真空下(xia)升(sheng)溫，使水分從(cong)冰態(tai)直接(jie)升(sheng)華(hua)離開。該方法對熱敏感、易揮發的(de)代(dai)謝物(wu)非常(chang)友(you)好，能在(zai)極溫和條件下(xia)實現濃(nong)縮，且最終為(wei)干(gan)粉狀(zhuang)態(tai)，便于(yu)后(hou)續長期(qi)保(bao)存或重溶處理。但設(she)備成本較高，操作周期(qi)較長。
步(bu)驟(zou)簡(jian)述
(1)將液體樣本預凍至–80°C或用液氮速凍；
(2)放入冷凍干燥機中進(jin)行(xing)升(sheng)華(hua)干燥；
(3)得到干燥粉末后，用適當有(you)機(ji)溶劑或緩沖液重(zhong)溶上(shang)機(ji)。
適(shi)用場景
適合尿液、根(gen)系(xi)分泌液等體積較大(da)、需(xu)長期保(bao)存的樣本(ben)類(lei)型。
2.氮吹濃(nong)縮
氮吹儀
原理
氮(dan)吹濃(nong)縮通過(guo)持續通入高純(chun)度(du)氮(dan)氣(qi)，使溶劑表(biao)面形成強(qiang)烈擾動，從而(er)加速(su)蒸發。在氣(qi)體流動和溫度(du)控制下(xia)，液體迅(xun)速(su)轉為氣(qi)態離(li)開體系，而(er)代(dai)謝物作為非(fei)揮發性(xing)成分被保留下(xia)來。該(gai)方法(fa)適(shi)合處理體積不大、含有(you)有(you)機溶劑的提取液，尤(you)其在處理脂溶性(xing)或中等極性(xing)代(dai)謝物時效率(lv)更(geng)高。相比自然(ran)揮發或加熱濃(nong)縮，氮(dan)吹濃(nong)縮更(geng)快、對熱敏物質(zhi)更(geng)溫和，不引入雜質(zhi)，但(dan)需注意氮(dan)氣(qi)流速(su)與溫度(du)控制，避免樣(yang)品飛濺或代(dai)謝物揮發。
步驟簡(jian)述
(1)將代謝物提取(qu)液(ye)（如甲(jia)醇提取(qu)液(ye)）轉移至玻(bo)璃試管中；
(2)放置(zhi)于氮吹(chui)儀(yi)架上，調(diao)整針(zhen)頭高度，使(shi)氮氣(qi)正(zheng)好(hao)吹(chui)至液(ye)面上方；
(3)設定水浴溫度（一般(ban)不(bu)超(chao)過40°C），通(tong)入氮氣開始(shi)濃(nong)縮；
(4)溶劑(ji)完全蒸發(fa)后，用適當(dang)體(ti)積的溶劑(ji)重(zhong)溶沉(chen)淀。
適用(yong)場(chang)景(jing)
適合(he)含甲醇、乙(yi)腈(jing)等(deng)有機溶劑的液體樣本；尤其用(yong)于(yu)脂溶性代謝(xie)物濃縮(suo)。
3.減壓旋轉蒸發法(fa)
旋轉蒸發儀
原理
減壓(ya)旋轉蒸(zheng)發(fa)是(shi)通過降低(di)系(xi)統壓(ya)強(qiang)、加(jia)熱樣本并旋轉燒瓶，促使溶劑(ji)在較低(di)溫度下蒸(zheng)發(fa)并被冷凝收集，實現(xian)濃(nong)縮(suo)。它(ta)是(shi)一種工業級的濃(nong)縮(suo)方式，尤其適(shi)用于大體積(ji)有機相(xiang)樣本的預濃(nong)縮(suo)，如從水體、土壤濾液中(zhong)提(ti)取代謝物(wu)。該方法可以快速去(qu)除低(di)沸點溶劑(ji)（如乙醇(chun)、甲醇(chun)），但需注意不適(shi)用于易揮(hui)發(fa)或(huo)熱敏性(xing)代謝物(wu)。
步驟簡述
(1)將樣本轉入(ru)旋蒸燒瓶，連接至(zhi)冷凝裝置；
(2)設(she)定水浴(yu)溫度、真空度及轉速；
(3)蒸發結(jie)束后收集(ji)濃縮物，進一步轉(zhuan)氮吹或冷(leng)凍(dong)干燥；
(4)剩余樣本可(ke)重懸于(yu)水或(huo)緩沖液中使用。
適用場(chang)景
適合中(zhong)等體(ti)積(ji)、含(han)有(you)有(you)機(ji)溶劑的提取液(ye)，如植(zhi)物代(dai)謝物提取液(ye)、培養上清(qing)提取液(ye)等。
4.超濾(lv)離心法
超濾離心管
原理
超濾也是一(yi)種膜過(guo)濾，通(tong)過(guo)壓力(li)或(huo)濃度梯度等(deng)力(li)使料(liao)液通(tong)過(guo)半透膜進行分離。 超濾膜能夠截留尺寸范圍(wei)為(wei)1-1000kDa（MW）的(de)分子，并(bing)允許鹽和水等(deng)小分子通(tong)過(guo)。
例如(ru)使用10 kDa濾膜，可截(jie)留大分子(zi)蛋(dan)白、代謝物聚合體，透(tou)過小分子(zi)如(ru)鹽(yan)分、水等(deng)，從而(er)實現分子(zi)富集與雜質去除。離心作用加速過濾進程，尤其適用于清除干擾蛋(dan)白或鹽(yan)類。
步驟簡(jian)述
(1)選用(yong)(yong)適當MWCO的超濾離心管(guan)（常用(yong)(yong)3kDa-30kDa）；
(2)將液(ye)體樣(yang)本加(jia)入(ru)濾芯(xin)，放入(ru)離心機(ji)（一般10,000-14,000 rpm）；
(3)離心(xin)10-30分鐘，收集濾(lv)上液或濾(lv)下液；
(4)可進(jin)行Buffer Exchange或直接用于分析。
適用場景
適用于篩選(xuan)目(mu)的片段(duan)大小的蛋白，去除雜質。
5.濾膜過濾法
抽濾裝置
原理
濾膜過濾法是(shi)利用(yong)具(ju)有特(te)定孔(kong)徑(jing)的(de)膜材(cai)料，通過物理阻(zu)隔(ge)和吸附作(zuo)用(yong)富集液體樣(yang)本中的(de)微生物常用(yong)的(de)濾膜材(cai)料包括聚(ju)醚砜（PES）、聚(ju)丙烯（PP）或聚(ju)碳酸酯（PC），孔(kong)徑(jing)多為0.22 μm或0.45 μm，可(ke)根據目標微生物大小選擇合適的(de)規(gui)格(ge)。
步驟簡述
(1)選(xuan)擇適合孔(kong)徑和(he)材質的(de)濾膜(mo)（如0.22 μm PES膜(mo)）并裝載至過濾裝置(zhi)中；
(2)預潤(run)濕濾膜（如使用無菌水或緩沖(chong)液沖(chong)洗）；
(3)將液(ye)體樣(yang)本緩慢倒(dao)入過濾器中，借助真空(kong)泵或重力完成(cheng)過濾；
(4)微生物被截留在膜(mo)表(biao)面，可(ke)直接(jie)用提取(qu)液(ye)（如裂解液(ye)）處(chu)理膜(mo)進行DNA/RNA提取(qu)或代謝物回收；
(5)若研究胞(bao)外代(dai)謝產物，可將濾(lv)液繼(ji)續用(yong)于濃縮或(huo)分析。
適用場景
濾(lv)膜過濾(lv)法特別適用于富集水體(ti)(ti)、尿液等(deng)樣(yang)本中(zhong)的(de)微生物(wu)(wu)群體(ti)(ti)，多用于微生物(wu)(wu)組學(xue)研究。
液體樣(yang)本(ben)(ben)的(de)(de)濃(nong)縮(suo)方(fang)法(fa)并非(fei)“一個辦法(fa)走天下”，而是(shi)需(xu)要(yao)根據目標分(fen)子、樣(yang)本(ben)(ben)體積(ji)、下游應用(yong)進行精準匹配(pei)。無論是(shi)應對難以收集的(de)(de)代謝(xie)組樣(yang)本(ben)(ben)，還是(shi)環境樣(yang)本(ben)(ben)中(zhong)的(de)(de)低豐度信(xin)號，只要(yao)用(yong)對了濃(nong)縮(suo)方(fang)式(shi)，就能(neng)從“稀薄”中(zhong)挖掘(jue)“深度”數據。
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