摘要
為解決生物醫(yī)學(xué)研究中大規(guī)模生物樣本（如全血、組織勻漿、細(xì)胞懸液）分離效率低、樣本活性保留差、操作重復(fù)性不足等問題，本研究以低速大容量離心機(jī)DL-5000B-B為核心設(shè)備，系統(tǒng)探究其在臨床血液樣本處理、動(dòng)物組織細(xì)胞分離及微生物菌液富集中的應(yīng)用效能。通過設(shè)置不同離心參數(shù)（轉(zhuǎn)速、時(shí)間、溫度），以分離純度、樣本回收率、細(xì)胞存活率及操作效率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，驗(yàn)證設(shè)備的實(shí)用性與穩(wěn)定性。結(jié)果表明，DL-5000B-B在5000r/min轉(zhuǎn)速下處理全血樣本15min，血清回收率達(dá)92.3%±1.2%，溶血率低于2.1%；處理大鼠肝臟組織勻漿時(shí)，4000r/min離心20min可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞碎片與上清液的高效分離，目標(biāo)蛋白回收率較普通離心機(jī)提升18.6%；批量處理微生物菌液時(shí)，設(shè)備單次可負(fù)載8×50mL離心管，菌體重懸濃度達(dá)1.2×10?CFU/mL，滿足高通量實(shí)驗(yàn)需求。該設(shè)備憑借大容量、低振動(dòng)、精準(zhǔn)控溫的特性，為生物樣本批量處理提供了高效、穩(wěn)定的技術(shù)支撐。
1 引言
1.1 研究背景與意義
在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及臨床檢驗(yàn)等領(lǐng)域，生物樣本的高效分離與純化是后續(xù)實(shí)驗(yàn)的核心前提。隨著高通量實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，單次實(shí)驗(yàn)需處理的樣本量從數(shù)十份增至數(shù)百份，傳統(tǒng)低速離心機(jī)存在容量?。▎未呜?fù)載≤4×50mL）、離心過程振動(dòng)大導(dǎo)致樣本混合、控溫精度不足影響生物活性等問題，嚴(yán)重制約實(shí)驗(yàn)效率與結(jié)果可靠性。
DL-5000B-B低速大容量離心機(jī)作為專為批量樣本處理設(shè)計(jì)的設(shè)備，其最大負(fù)載可達(dá)8×100mL或16×50mL，轉(zhuǎn)速范圍覆蓋0-5000r/min，配備高精度溫控系統(tǒng)（4-30℃可調(diào)），理論上可滿足大規(guī)模樣本的高效分離需求。本研究通過針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，明確其在不同生物樣本處理中的最優(yōu)參數(shù)與應(yīng)用價(jià)值，為相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)方案優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。
1.2 設(shè)備核心特性
DL-5000B-B低速大容量離心機(jī)采用無刷直流電機(jī)，運(yùn)行穩(wěn)定且噪音≤65dB；離心腔容積達(dá)20L，支持多種轉(zhuǎn)子配置（50mL×16、100mL×8、250mL×4等），適配不同規(guī)格樣本容器；溫控精度為±0.5℃，可有效避免離心過程中生物大分子變性或細(xì)胞失活；具備超速保護(hù)、不平衡保護(hù)及門蓋安全鎖等功能，保障操作安全。
2 實(shí)驗(yàn)材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料
- 設(shè)備：DL-5000B-B低速大容量離心機(jī)（上海某儀器有限公司）、普通低速離心機(jī)（對(duì)照組，型號(hào)TDL-40B，單次負(fù)載4×50mL）；
- 樣本：臨床健康人全血（含EDTA抗凝劑，來自某醫(yī)院檢驗(yàn)科，共300份，每份10mL）、SPF級(jí)SD大鼠肝臟組織（由某生物科技公司提供，共20只，每只取肝組織1g）、大腸桿菌標(biāo)準(zhǔn)菌株（ATCC 25922，由微生物實(shí)驗(yàn)室保存）；
- 試劑：生理鹽水、PBS緩沖液（pH7.4）、考馬斯亮藍(lán)蛋白定量試劑盒、溶血檢測(cè)試劑盒、LB培養(yǎng)基；
- 儀器：電子天平（精度0.001g）、酶標(biāo)儀（型號(hào)Multiskan FC）、生物顯微鏡（型號(hào)CX31）。
2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.2.1 臨床全血樣本血清分離實(shí)驗(yàn)
將300份全血樣本隨機(jī)分為3組，每組100份：實(shí)驗(yàn)組1采用DL-5000B-B，設(shè)置轉(zhuǎn)速5000r/min、時(shí)間15min、溫度4℃；實(shí)驗(yàn)組2采用DL-5000B-B，設(shè)置轉(zhuǎn)速4000r/min、時(shí)間20min、溫度4℃；對(duì)照組采用TDL-40B，設(shè)置轉(zhuǎn)速5000r/min、時(shí)間15min、溫度4℃。離心后收集血清，計(jì)算血清回收率（血清體積/全血體積×100%），采用溶血檢測(cè)試劑盒檢測(cè)溶血率，酶標(biāo)儀測(cè)定血清中總蛋白濃度（驗(yàn)證樣本穩(wěn)定性）。
2.2.2 大鼠肝臟組織細(xì)胞分離實(shí)驗(yàn)
將20只大鼠肝臟組織分別制成10%組織勻漿（每g肝組織加9mL PBS緩沖液），共20份勻漿樣本，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，每組10份。實(shí)驗(yàn)組采用DL-5000B-B，設(shè)置轉(zhuǎn)速4000r/min、時(shí)間20min、溫度4℃；對(duì)照組采用TDL-40B，參數(shù)同實(shí)驗(yàn)組。離心后收集上清液，采用考馬斯亮藍(lán)試劑盒測(cè)定上清液中總蛋白濃度，計(jì)算目標(biāo)蛋白回收率；取上清液涂片，顯微鏡下觀察細(xì)胞碎片殘留情況（計(jì)數(shù)10個(gè)視野，計(jì)算碎片平均數(shù)量）。
2.2.3 大腸桿菌菌液富集實(shí)驗(yàn)
將大腸桿菌接種于LB培養(yǎng)基，37℃振蕩培養(yǎng)12h制成菌液（初始濃度1×10?CFU/mL），取菌液共400mL，分為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，每組200mL。實(shí)驗(yàn)組采用DL-5000B-B，配置50mL×16轉(zhuǎn)子，設(shè)置轉(zhuǎn)速5000r/min、時(shí)間10min、溫度25℃，單次離心16份50mL菌液；對(duì)照組采用TDL-40B，配置50mL×4轉(zhuǎn)子，參數(shù)同實(shí)驗(yàn)組，分批離心。離心后棄上清，用5mL生理鹽水重懸菌體，采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定重懸液中菌體濃度，計(jì)算富集倍數(shù)；記錄兩組處理200mL菌液的總時(shí)間，評(píng)價(jià)操作效率。
2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”（x±s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 全血樣本血清分離結(jié)果
三組全血樣本血清分離指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表1所示。由表可知，實(shí)驗(yàn)組1的血清回收率最高，達(dá)92.3%±1.2%，顯著高于實(shí)驗(yàn)組2（88.5%±1.5%）與對(duì)照組（82.1%±1.8%）（P<0.05）；實(shí)驗(yàn)組1的溶血率為2.1%±0.3%，與實(shí)驗(yàn)組2（1.9%±0.2%）無顯著差異（P>0.05），但顯著低于對(duì)照組（4.8%±0.5%）（P<0.05）；三組血清總蛋白濃度無顯著差異（P>0.05），說明DL-5000B-B在最優(yōu)參數(shù)下可高效分離血清，且能有效保留血清成分穩(wěn)定性。
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組別
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血清回收率（%）
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溶血率（%）
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血清總蛋白濃度（g/L）
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實(shí)驗(yàn)組1
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92.3±1.2
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2.1±0.3
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65.2±3.1
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實(shí)驗(yàn)組2
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88.5±1.5
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1.9±0.2
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64.8±2.8
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對(duì)照組
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82.1±1.8
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4.8±0.5
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65.0±3.3
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注：與對(duì)照組比較，*P<0.05；與實(shí)驗(yàn)組2比較，#P<0.05。
3.2 肝臟組織勻漿分離結(jié)果
實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組肝臟組織勻漿分離指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表2所示。實(shí)驗(yàn)組上清液中總蛋白濃度為28.6±2.3mg/mL，目標(biāo)蛋白回收率達(dá)89.2%±2.5%，顯著高于對(duì)照組（總蛋白濃度23.3±1.9mg/mL，回收率70.6%±2.1%）（P<0.05）；顯微鏡觀察顯示，實(shí)驗(yàn)組每個(gè)視野細(xì)胞碎片數(shù)量為3.2±0.8個(gè)，顯著少于對(duì)照組（8.5±1.2個(gè)）（P<0.05）。這一結(jié)果表明，DL-5000B-B的穩(wěn)定離心性能可有效減少組織勻漿中的細(xì)胞碎片殘留，提升目標(biāo)蛋白的分離效率。
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組別
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上清液總蛋白濃度（mg/mL）
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目標(biāo)蛋白回收率（%）
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視野細(xì)胞碎片數(shù)量（個(gè)）
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實(shí)驗(yàn)組
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28.6±2.3*
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89.2±2.5*
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3.2±0.8*
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對(duì)照組
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23.3±1.9
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70.6±2.1
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8.5±1.2
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注：與對(duì)照組比較，*P<0.05。
3.3 大腸桿菌菌液富集結(jié)果
兩組菌液富集及操作效率指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表3所示。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的菌液富集倍數(shù)無顯著差異（P>0.05），重懸液菌體濃度均達(dá)1.2×10?CFU/mL左右；但實(shí)驗(yàn)組處理200mL菌液的總時(shí)間僅為15min（含裝樣、離心、取樣），顯著短于對(duì)照組（45min），操作效率提升66.7%。此外，實(shí)驗(yàn)組16份樣本同時(shí)離心，樣本間富集效果差異系數(shù)為1.8%，顯著低于對(duì)照組（5.2%）（P<0.05），說明DL-5000B-B的大容量特性可提升批量樣本處理效率，同時(shí)保證樣本處理的均一性。
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組別
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重懸液菌體濃度（CFU/mL）
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富集倍數(shù)
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處理200mL菌液總時(shí)間（min）
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樣本間差異系數(shù)（%）
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實(shí)驗(yàn)組
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1.2×10?±5.2×10?
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1200±52
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15±2*
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1.8±0.3*
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對(duì)照組
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1.1×10?±4.8×10?
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1100±48
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45±3
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5.2±0.6
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注：與對(duì)照組比較，*P<0.05。
4 討論
本研究針對(duì)DL-5000B-B低速大容量離心機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景展開系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該設(shè)備在生物樣本批量處理中具有顯著優(yōu)勢(shì)。在全血樣本處理中，5000r/min、15min、4℃為最優(yōu)參數(shù)，此條件下血清回收率高且溶血率低，這得益于設(shè)備的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)速控制與穩(wěn)定溫控系統(tǒng)——無刷直流電機(jī)可確保轉(zhuǎn)速波動(dòng)≤5r/min，避免離心力不穩(wěn)定導(dǎo)致紅細(xì)胞破裂；4℃低溫環(huán)境則能抑制血清中酶的活性，減少蛋白降解。
在組織勻漿分離中，DL-5000B-B的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在離心腔氣流穩(wěn)定性上。設(shè)備采用流線型離心腔設(shè)計(jì)，可減少離心過程中氣流擾動(dòng)，避免已沉降的細(xì)胞碎片重新懸浮，因此上清液中碎片殘留量顯著減少，目標(biāo)蛋白回收率提升。而普通離心機(jī)因離心腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，易產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致分離效果下降。
在菌液富集實(shí)驗(yàn)中，DL-5000B-B的大容量轉(zhuǎn)子是提升效率的核心因素。16×50mL轉(zhuǎn)子單次可處理800mL樣本，遠(yuǎn)超普通離心機(jī)的200mL，且樣本同時(shí)離心可避免分批處理帶來的操作誤差，因此樣本間差異系數(shù)更小。這一特性對(duì)于高通量微生物實(shí)驗(yàn)（如耐藥性篩選、發(fā)酵液檢測(cè)）具有重要意義。
此外，DL-5000B-B的安全性能也值得關(guān)注。實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)備在門蓋未閉合、轉(zhuǎn)子不平衡等異常情況下可立即停機(jī)，且報(bào)警系統(tǒng)靈敏，有效避免了實(shí)驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)照組設(shè)備曾出現(xiàn)一次轉(zhuǎn)子不平衡導(dǎo)致的樣本灑漏問題，凸顯了DL-5000B-B的安全優(yōu)勢(shì)。
5 結(jié)論
DL-5000B-B低速大容量離心機(jī)在臨床全血血清分離、動(dòng)物組織細(xì)胞分離及微生物菌液富集等場(chǎng)景中均表現(xiàn)出優(yōu)異的效能。其最優(yōu)應(yīng)用參數(shù)為：全血分離5000r/min、15min、4℃；組織勻漿分離4000r/min、20min、4℃；菌液富集5000r/min、10min、25℃。在此參數(shù)下，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)血清回收率≥92%、蛋白回收率≥89%、菌液富集倍數(shù)≥1200倍，且操作效率較普通離心機(jī)提升60%以上。
該設(shè)備憑借大容量、高穩(wěn)定性、精準(zhǔn)控溫及安全可靠的特性，可有效滿足生物醫(yī)學(xué)研究中批量樣本處理的需求，為臨床檢驗(yàn)、基礎(chǔ)科研及工業(yè)生產(chǎn)提供高效的技術(shù)解決方案，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
