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摘要

    高通量组织研磨仪作为现代实验室重要的样品前处理设备，凭借高效快速、低交叉污染的突出优势，在生物样本处理中展现出重要应用价值。本文系统介绍该设备在动植物组织、微生物等多种生物样本研磨破碎中的具体应用，分析其相较于传统研磨方法的技术特点，详细阐述标准化操作流程，并展望未来发展趋势。实践表明，高通量组织研磨仪可大幅提升实验效率，为分子生物学研究的准确性与可靠性奠定基础。

1 设备介绍：高效样本处理的实用装备

    高通量组织研磨仪是一种基于高速振动与撞击原理的现代化样品前处理设备，通过研磨珠（氧化锆、钢珠、玻璃珠、陶瓷珠等）的高频往复振动、撞击与剪切作用，快速破碎各种生物样本，释放其内的核酸、蛋白质等生物分子。自问世以来，该设备已逐步替代许多传统手工研磨方法，成为分子生物学、生物医学、农业科学等领域实验室的常用设备。

    与传统研磨方法相比，高通量组织研磨仪的突出特点是实现了多样化本的高效并行处理。例如，Bionoon系列高通量组织研磨仪可在三十几秒内完成192*2ml 个样品的研磨，这样的处理能力能帮助科研人员减少繁琐手工操作，有效提升实验效率。

    现代高通量组织研磨仪在设计上充分考虑操作便捷性与安全性。设备通常配备微电脑控制的 7 英寸触摸液晶屏，直观显示工作状态，内置程序控制器可对研磨时间、转子振动频率等参数进行精确设置。此外，设备采用电磁锁定系统，确保机盖处于闭合状态下仪器才能启动，为操作安全提供有力保障。

图：高通量组织研磨仪基本结构示意图

2 应用领域：多类型生物样本的精准处理

2.1 动植物组织样本

    高通量组织研磨仪在动植物组织样本处理中表现出良好的性能。对于植物组织，设备可高效处理根、茎、叶、花、果、种子等各种类型样品，即便纤维含量高、质地坚硬的样品，也能在短时间内完成均匀研磨。以玉米种子为例，传统研磨方法需液氮预冷且手动操作，耗时耗力且效果不均，而使用高通量组织研磨仪，仅需添加适量研磨珠，设定短时间程序，即可获得均匀粉末，为后续 DNA 提取和基因分析提供适配样本。

    在动物组织处理方面，设备适用于大脑、心脏、肺、胃、肝脏、胸腺、肾脏、肌肉、骨骼等多种组织类型。针对骨骼、牙齿和毛发等较难处理的样品，高通量组织研磨仪展现出明显优势。以小鼠肝脏样本为例，研究表明，采用适宜的研磨条件和裂解介质，可在 15 秒至 2 分钟内完成充分研磨，并能较好保持核酸分子的完整性，为基因表达研究提供高质量样本。

2.2 微生物与特殊样本

    微生物样本由于细胞壁结构特殊，常需要较强的破碎条件。高通量组织研磨仪可有效破碎细菌、酵母、真菌甚至孢子体等微生物细胞，且研磨过程用时短，能较好保留生物分子（顿狈础、搁狈础、蛋白质）和药物分子的完整性。对于顽固的细菌和真菌细胞壁，借助特定材质的研磨珠（如氧化锆），可施加更强撞击力，实现高效破碎。

    该设备对古老干燥样本、法医样本（如毛发、骨骼）以及临床病理样本同样具有理想的处理效果。例如，在法医鉴定中，一根毛发或微小的组织样本可能包含关键证据，高通量组织研磨仪通过全封闭的样品管和一次性研磨珠，减少样本间的交叉污染，保障分析结果的可靠性。

表：不同类型生物样本的推荐研磨参数

3 技术优势：优化传统研磨方法的优质特性

3.1 效率与质量的双重提升

    高通量组织研磨仪的核心优势在于显著的效率提升。传统研磨方法如手工研磨、匀浆器处理等，通常一次仅能处理一个样本，且耗时较长；而高通量组织研磨仪可同时处理多个样本，典型研磨时间仅需 15 秒至 2 分钟，大幅缩短样本前处理时间，加快整体实验进程。

    在提升效率的同时，设备还能改善研磨质量。采用特殊的垂直上下及左右一体的叁维震动模式，使样品研磨更充分均匀，批间、批内差异较小，实验重复性较好。研究表明，通过该方法提取的蛋白比活更稳定，核酸片段完整性更好，为下游实验提供高质量的材料基础。

3.2 安全性与便捷性的有效改善

    高通量组织研磨仪在减少交叉污染方面表现突出。样品在破碎过程中处于全封闭状态，可采用一次性离心管和珠子，样品完整保留在管内，有效降低样品间的交叉污染以及外界污染风险。这一特性对于临床诊断、法医学和精准医学研究十分重要，这些领域对结果准确性要求较高。

    设备的操作便捷性同样值得肯定。现代研磨仪通常配备直观的触摸屏界面，用户可轻松设置研磨参数，且设备可存储多组实验数据，便于调用重复。此外，针对不同特性的样本，设备还可选择不同的研磨方式，包括湿磨、干磨和低温研磨，满足多样化实验需求。

3.3 低温研磨技术的实用价值

    高通量组织研磨仪的一项重要技术特点是实现了可控的低温研磨。当需要低温研磨环境时，用户可将放有样本的适配器浸入液氮中冷却 1-2 分钟，取出后移至主机快速固定即可开始研磨，无需再次冷冻处理。部分先进型号还配备专业的制冷系统，如Bionoon系列冷冻组织研磨仪，其制冷温度可达 - 50℃可调，能减少因研磨件摩擦生热对样品核酸及蛋白造成的影响。

    低温研磨技术对于热敏性生物分子的提取尤为重要。常温下研磨，摩擦产生的热量可能导致蛋白质变性或核酸降解，而低温环境可有效抑制这些不利影响，保持生物分子的天然状态和活性，为后续分析提供可靠基础。

图：低温研磨适配器工作原理图

4 操作流程：标准化作业保障良好效果

4.1 标准操作步骤

为确保高通量组织研磨仪的稳定性能和较长使用寿命，建议遵循以下标准化操作流程：

1. 样本准备：将组织样本分装到合适的离心管内，添加适量裂解介质或试剂。注意样本量不宜过多，一般不超过容器容量的叁分之一，以保证足够研磨空间。

2. 添加研磨珠：根据样本性质选择合适的研磨珠材质和直径（常用直径为 0.1-30mm）。氧化锆珠适用于大多数生物样本，不锈钢珠更适合坚硬样品。

3. 预冷处理（如需要）：对于热敏感样本，可将装有样本和研磨珠的离心管置于冷冻适配器中，并使用专用适配器夹具将整个适配器浸入液氮中冷却 1-2 分钟。

4. 设备设置：将适配器正确安装到研磨仪上，拧紧固定手柄。通过触摸屏设置合适的研磨参数，包括时间（0 秒 - 9999 分钟可调）和转速 / 频率（0-70Hz/0-2100 转 / 分）。

5. 启动研磨：确认设备盖紧后启动机器，研磨过程中无需人工干预，设备会在设定时间后自动停止。

6. 样本回收：研磨完成后，小心取出样本管，进行后续提取步骤。注意在开盖前先短暂离心，使管壁上的样品和液体汇集至管底。

4.2 关键注意事项

为确保实验安全性和结果可靠性，操作过程中需特别注意以下几点：

1. 安全防护：使用液氮进行预冷时，必须佩戴防冻手套和防护眼镜，避免皮肤与液氮直接接触。

2. 平衡放置：为确保运行稳定和研磨均匀，适配器中的样本管应尽量对称放置，保持平衡。

3. 参数优化：对于新型号或新样本类型，建议先进行小规模测试，优化研磨时间和频率，避免过度研磨或研磨不足。

4. 清洁维护：每次使用后应及时清洁适配器，定期检查研磨仪状态，确保设备处于良好工作条件。

5 发展趋势：技术创新拓展应用边界

    随着生命科学研究的不断深入，高通量组织研磨仪正朝着更智能化、更高通量和更专业化的方向发展。在智能化方面，现代研磨仪已具备程序存储、自动运行和故障诊断等功能，未来将进一步融合物联网技术，实现远程监控和操作，提升用户体验。

    在应用领域拓展方面，高通量组织研磨仪已从传统的生物样本处理向材料科学、纳米技术和环境科学等领域渗透。例如，在材料科学中，该设备可用于制备纳米材料、改进材料性能；在环境科学中，可用于处理土壤、固体废弃物等环境样本，分析其微生物组成和污染物含量。

    技术创新方面，无酶机械分离技术成为新兴趋势。这项技术特别适用于肿瘤异质性研究等需要纯净单个细胞群体的前沿领域，为个性化医疗提供有力工具。

    此外，高通量组织研磨仪与其他设备的联用技术也日益成熟。例如，与全自动核酸提取仪联用，可实现从样本研磨到核酸提取的全自动化流程，减少人为误差，提高实验结果的重复性和可靠性。这种一体化解决方案特别适合大型测序中心和临床检测实验室，满足其对高通量、标准化样本前处理的需求。

结语

    高通量组织研磨仪作为生物样本前处理领域的重要工具，以其高效、精准、安全的特性，成为现代实验室的常用设备。它在动植物组织、微生物样本乃至特殊难处理样本中的广泛应用，充分体现了技术实用性和应用价值。随着科学技术的不断发展，高通量组织研磨仪将在更多领域展现独特优势，为科学研究和社会发展做出积极贡献。