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攻克样本制备的瓶颈—Covaris AFA 技术 摘要：在生命科学领域的研究过程中，样本前期的制备是非常重要和关键的一步。为了获得 所需的DNA 、RNA 、蛋白质等目标分子，需要对样本进行初始的破碎。然而，利用传统的 破碎方法获取的目标分子，不论从初始样本的大小还是得率、纯度乃至其生物活性都面临着 很大的瓶颈。而Covaris AFA 的问世很好的解决了这一问题，使得我们能够从传统的“细处 理”深入到“精加工”这一处理路线。 传统的破碎方法主要有研钵研磨法、珠子碾磨法、化学消化法以及传统超声法等。其中， 研钵研磨法的优势在于使用方便，操作简单，成本低廉，但是其样品处理效果较差，不能处 理小体积的样本，而且容易发生交叉污染的现象。珠子研磨法，是把样本和珠子混合后通过 机械力进行破碎，它的操作步骤较为繁琐，而且不能处理小体积的样本，在处理的过程中样 本会有一定的损失，其优点是能够高通量处理，省事省力。而化学消化法的应用领域较为狭 窄，只针对特定的样本，其处理效果较好，但是由于化学物质的存在可能会对下游的实验造 成一定的影响。超声法现如今发展得较为迅速，主要包括探头超声和水浴超声。其中，探头 超声的应用范围较广，使用也较为方便，但是其产热过多对样本的损伤较大，另外由于探头 直接接触样本可能会产生交叉污染的现象。利用上述的这些传统方法，目标分子的得率低、 纯度不高，有可能出现降解，实验结果的稳定性和重复性较差。Covaris 的出现，很好的解 决了这个问题，实验人员可以有效地从源头上把握实验结果，节省宝贵样本，提高实验效率， 降低试剂成本，获得更为精确可靠的实验数据。 图一为目前样本制备存在的瓶颈问题，组织或细胞等无法充分破碎，以至于目的生物分 子如DNA 、RNA 等无法充分释放，影响后续研究，无法得到样本中包含生物分子的完整生 物学信息。而 Covaris 可以将组织、肿瘤等匀浆破碎成100 微米大小的颗粒，从而使各种 目标分子得以充分释放，而不会发生由于破碎不彻底，使RNA 和蛋白质的复合物（如核糖 体）没有被彻底分离，而降低最后提取的产量。因此Covaris AFA 技术可以充分有效的释放 目的分子，从而保证后续分析中的信息精确性。 图一 Covaris AFA （ Adaptive Focused Acoustic ）自动声波聚焦技术是通过控制气穴作用来控 制剪切力，即成百上千个空化气泡的累加作用，产生的液流冲击力100m/sec ，AFA 技术即 通过计算机控制超声参数，以及仪器、耗材的精确设计，从而控制作用在样本上的剪切力将 目标分子剪切到预设尺度。该专利技术整合了非线性、高强度、会聚性声学冲击波和高级计 算机控制系统，通过圆盘状传感器将声波能量聚焦在样品上，且能量强度可控，采用非接触 而且是等温环境下进行样品的匀浆或混匀 （图二）。 图二 传统超声波的波长是 100 mm，而一般的样本管都在10-100 mm 长，样本高度又大都小 于20 mm 。因此，用100 mm 的波长对样本进行破碎时无法精确控制波形。这就导致未聚焦 的长波长超声波的能量产生发散和反射，并且还会产生“hot spots ”，以至于对生物或化学 样本造成热损伤。换句话说，大部分能量没有正确的传递至样本进行剪切，而是变成了对样 本有损伤的热能。相反，Covaris AFA 技术的频率可高达0.5MHz，波长1mm （图三）。例如， 在96 孔板3mm 内径的孔中，AFA 的波长大约为1mm。这就使AFA 可以将能量准确聚焦在 样本上进行剪切或匀浆。 图三 Covaris AFA 的另一个优势在于破碎是在等温的环境下进行的。众所周知，传统超声波 破碎会产生大量的热，传递至样本。传统超声的这个缺点与其固有的物理特性有关：即频率 低，波长长，能量没有正确的传递到样本之上，因此需要更大的输出功率。然而AFA 在产 生相同剪切力时，其耗时少，输出功率低。并且有一个内置的水浴系统能够有效的缓冲超声 过程中所产生的热量。（图四） 图四 Covaris AFA 的另一个优势还在于其能量可控