基于不连续电解质系统中电迁移的生物样本脱盐及缓冲液置换的 3D 打印装置研究

在生物样本分析中，DNA 样本质量和产量至关重要，但复杂样本含干扰化合物需去除。研究人员开展基于不连续电解质系统电迁移的生物样本脱盐及缓冲液置换装置研究，用该装置处理血浆样本，30 分钟内 DNA 回收率达 90%，为样本纯化提供新方法。

　　

在生命科学的微观世界里，生物样本的纯化就像一场与 “杂质” 的激烈战斗。当我们试图从血液、组织等复杂生物样本中提取 DNA 时，那些讨厌的 “不速之客”—— 无机盐（如 Ca²⁺、Mg²⁺、KCl、NaCl）、蛋白质（如血红蛋白）、抗凝剂（如肝素）以及 DNA 提取过程中引入的化学试剂（如 SDS、Triton X-100）等，总会干扰后续的 PCR、测序等关键分析步骤。传统的 DNA 提取方法，如酚 - 氯仿萃取结合乙醇沉淀，不仅耗时漫长，还可能残留有机试剂；固相萃取（SPE）虽有高通量优势，但存在回收率低、易堵塞等问题；而现有的电迁移方法大多受限于样本体积（通常低于 100 微升），面对几毫升的血液等样本时显得力不从心，且高浓度无机盐会显著延长分离时间。如何快速高效地为生物样本 “去杂换新”，成为困扰科研人员的一大难题。

为了突破这些瓶颈，来自韩国国家研究基金会、捷克科学院分析化学研究所等机构的研究人员开展了一项创新研究。他们开发了一种基于不连续电解质系统中电迁移原理的 3D 打印装置，用于复杂生物样本的纯化、脱盐和缓冲液置换，相关研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》。

研究中用到的主要关键技术方法包括：利用 3D 打印技术构建装置主体，结合市售带透析膜的 cassette（卡盒）作为插入件，通过在电解质储液槽内的电极施加电流，使注入卡盒或电解质储液槽的样本离子经电迁移穿过透析膜。

结果

研究人员以血浆中的 DNA 样本为对象评估装置性能。结果显示，几毫升的血浆样本可在 30 分钟内完成纯化，DNA 回收率达 90%。该装置通过电迁移，使样本中的小离子穿过透析膜，被电解质储液槽中选定缓冲液的离子替代，而较大的离子（如 DNA 片段或蛋白质）则留在样本储液槽中，实现了高效的脱盐和缓冲液置换。

意义

该装置具有诸多显著优势。它能够快速有效地纯化高度复杂的样本，通过选择合适的膜孔径，可轻松根据样本量（从微升到毫升）和目标分析物大小进行缩放。研究虽在高盐含量的 DNA 样本和血浆样本上优化了装置适用性，但它还具有纯化 / 脱盐广泛生物化合物的潜力，包括蛋白质、肽、带电寡糖，以及细胞器、细胞、病毒或细菌等。这一创新为生物样本预处理领域提供了一种简单、高效且灵活的新工具，有望推动分子生物学、遗传学等多个领域的研究进展，为后续的精准分析和深入研究奠定坚实基础。