高通量组织研磨仪在生物样品前处理中的解决方案

1 高通量组织研磨技术简介

高通量组织研磨仪作为现代实验室样品前处理的重要设备，通过高效机械破碎方式解决了传统研磨方法面临的效率低下、交叉污染严重等痛点。该类仪器能够快速并行处理大量样品，在生命科学、生物医药、农业科学、环境检测等领域获得了广泛应用。上海般诺生物科技有限公司开发的 Bionoon 系列高通量组织研磨仪采用了创新振动机制和多样化适配设计，可在 30 秒内完成 192 个样品的研磨处理，有效提升了实验效率和数据可靠性。

随着组学技术 (基因组学、蛋白质组学、代谢组学) 的飞速发展，科研人员对样品前处理的质量和效率提出了更高要求。样品均质化程度、核酸 / 蛋白提取效率以及避免交叉污染已成为评价样品前处理效果的关键指标。传统的手工研磨或单一研磨方法难以同时满足高通量和高品质的要求，而新一代高通量组织研磨仪通过标准化流程和可编程控制，有助于保障样品处理的一致性和重现性，为下游分析提供了坚实基础。

本文将深入探讨高通量组织研磨仪的技术特点、工作原理及其在不同领域的解决方案，为实验室工作者选择合适的样品前处理设备和方案提供专业参考。

2 工作原理与技术特点

高通量组织研磨仪基于高频振动破碎原理，通过赋予研磨容器中研磨球动能，使研磨球在容器内对样品进行高频次冲击、强力的摩擦和挤压，从而实现组织类样品的快速研磨。上海般诺生物科技有限公司的 Bionoon-48 型研磨仪采用了特殊的垂直方向及左右径向振动设计，罐内的球体由于其惯性作用对位于光滑的碾磨罐内壁上的样品进行带有高能量的撞击，并以此粉碎样品。

2.1 高效研磨机制

该设备通过三维振动模式（垂直方向及左右径向振动）产生强大的撞击力和摩擦力，使研磨球在样品管内进行高速运动。这种多向运动确保了样品研磨，即使对于纤维性强、韧性高的样品也能实现均匀充分的研磨。振动频率可在 0-70Hz（0-2100r/min）范围内根据需求调节，适应不同硬度和韧性的样品类型。

研磨效果可通过使用多个不同直径的小研磨球来得到进一步提高。当使用大量小球（如玻璃球或玛瑙球）时，球与球之间的巨大撞击和摩擦可有效地实现细胞的破壁，快速释放细胞内含物。这种机制对于核酸和蛋白质的提取尤为有效，能够获得更长的核酸片段和更高活性的蛋白质。

2.2 防交叉污染设计

与传统研磨方法相比，高通量组织研磨仪采用全封闭式样品管设计，样品在破碎过程中处于封闭状态，可采用一次性离心管和珠子。这一设计确保了样品完整保留在管内，有效避免了样品间的交叉污染以及外界污染。此外，设备的分隔设计和使用封闭式的研磨罐或一次性的离心管，进一步降低了交叉污染的风险。

对于需要高洁净度要求的应用场景，如临床诊断样本处理或微量核酸提取，设备可选配多种材质的研磨罐和研磨球，包括不锈钢、碳化钨、玛瑙、氧化锆和聚四氟乙烯等，以满足不同实验条件的洁净度要求。

2.3 智能化操作与重复性

现代高通量组织研磨仪配备了智能化操作界面，通常采用 7 英寸触摸屏，显示工作状态，方便用户直观操作。内置程序控制器可对研磨时间、转子的振动频率等参数进行精确设置，有助于保障操作流程的标准化和结果的可重复性。

同一组织样本设定相同程序后，能够获得高度一致的研磨效果，批内批间差异小，保障了实验数据的可靠性。设备工作时间短（通常 15 秒 - 2 分钟），样本温度不会因长时间研磨而上升，避免了热敏感样品的降解风险。

表：高通量组织研磨仪技术参数概览

3 典型应用场景解决方案

3.1 动植物组织处理方案

对于植物组织（如根、茎、叶、花、果、种子等），高通量组织研磨仪能够有效破碎纤维素细胞壁，释放细胞内含物。针对不同植物组织的特性，可采用不同的研磨策略：对于纤维含量高的样品（如茎秆），建议使用不锈钢或碳化钨材质的研磨球，采用高频振动模式（1500-1800r/min）进行长时间（1-2 分钟）研磨；对于水分含量高的样品（如果实、花瓣），则可使用氧化锆或玛瑙材质的研磨球，采用中等频率（1000-1200r/min）进行短时间（30-60 秒）研磨，以避免样品过度液化导致损失。

动物组织（如大脑、心脏、肺、胃、肝脏、胸腺、肾脏、肠、淋巴结、肌肉、骨骼等）的处理需要根据不同组织的韧性和脂肪含量进行参数优化。对于韧性较强的组织（如心脏、肌肉），可采用高频振动配合多个小直径研磨球（3-5mm）的策略；对于脂肪含量高的组织（如大脑、肝脏），则建议在低温条件下进行研磨，以防止脂肪氧化和核酸降解。骨骼、毛发等硬质样品的处理需要选择高密度材质的研磨球（如碳化钨），并采用间歇式研磨模式，避免过度发热。

3.2 微生物样品处理方案

微生物样品（包括真菌、细菌、酵母、大肠杆菌等）的细胞壁破碎是分子生物学和微生物学研究中的关键步骤。高通量组织研磨仪通过高强度机械破碎，能够有效打破微生物细胞的坚韧细胞壁，释放细胞内含物。

对于酵母菌和真菌菌丝体等难以破碎的微生物样品，建议使用 0.1-0.5mm 直径的小玻璃珠或氧化锆珠，采用高频振动（1800-2100r/min）进行多次短时循环研磨（通常 3-4 次循环，每次 30 秒），循环间可将样品置于冰上冷却，防止过热导致生物大分子降解。对于细菌沉淀，可使用更小的研磨珠（0.1-0.2mm）和更长的研磨时间（2-3 分钟），确保细胞壁的充分破碎。

3.3 食品药品检测应用方案

在食品和药品安全检测领域，高通量组织研磨仪可用于成分分析检测的样品前处理，包括各类食品、药片等。对于成分复杂的样品，如保健食品、中药材等，设备能够实现充分均质化，有助于保障取样代表性，提升检测结果的准确性和可靠性。

药片研磨是药品质量控制中的常见步骤，高通量组织研磨仪可在短时间内处理大量药片，获得均匀的粉末，便于活性成分含量测定和溶出度测试。针对不同硬度的药片，可调整振动频率和研磨时间：对于普通片剂，可采用中等频率（1000-1200r/min）研磨 30-60 秒；对于包衣片和缓释片等硬度较高的剂型，则需要更高频率（1500-1800r/min）和更长时间（1-2 分钟）的研磨。

食品检测中的样品类型多样，从肉制品到谷物，从新鲜蔬果到加工食品，均可通过高通量组织研磨仪进行快速前处理。对于含水量高的食品样品，可采用液氮预冻后研磨的策略，防止样品粘附和处理过程中的成分降解。

3.4 特殊样品处理方案

高通量组织研磨仪还适用于多种特殊样品的处理，包括易挥发样品（如煤炭、油页岩、焦炭、蜡制品）、塑料聚合物（如 PE、PS、纺织品、树脂）以及环境样品（如土壤、泥沙、污泥、粪便）等。

对于易挥发组分的样品，设备支持低温研磨功能，可通过液氮预冷样品和研磨罐，在低温条件下完成研磨，有效防止挥发性成分的损失。具体操作流程为：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，不需要进行再次冷冻处理，节省液氮。

对于环境样品如土壤、沉积物等，往往含有硬度不同的多种组分，需要根据分析目标选择合适的研磨参数。如需检测土壤中的微生物群落，应采用温和的研磨条件（低频率、短时间），以保持 DNA 完整性；如需分析土壤中的矿物质组成，则需要更激烈的研磨条件（高频率、长时间），确保样品均质化十足。

表：不同样品类型的推荐研磨参数

4 技术优势与未来展望

高通量组织研磨仪相比传统研磨方法具有显著的技术优势，主要体现在以下几个方面：

高效快速：能够在短时间内完成大量样品的处理，如 Bionoon-48 型研磨仪可在 30 几秒内完成 48×2ml 样品的研磨，有效提高了实验效率，节省了人力和时间成本。

结果一致：批间、批内差异小，抽提的蛋白活性更高，核酸片段更长，保障了实验数据的可靠性和重现性。

无交叉污染：采用封闭式样品管和一次性研磨珠，避免了样品间的交叉污染以及外界污染，特别适用于敏感分子生物学实验。

操作简便：人性化操作界面，可对研磨时间、振动频率等参数进行预设和存储，方便调用标准化程序，降低操作人员技术要求。

适用性广：通过更换不同材质和规格的适配器和研磨球，可处理各种类型的样品，从柔软的动植物组织到坚硬的矿物样品，应用范围覆盖多个领域。

随着精准医学和组学技术的不断发展，对样品前处理的要求将越来越高。未来高通量组织研磨仪的发展趋势将更加注重智能化、集成化和专项化。智能化体现在设备将配备更先进的控制系统，能够自动优化研磨参数，记录处理过程，并与实验室信息管理系统（LIMS）无缝对接；集成化表现在设备可能将研磨、提取、纯化等步骤整合一体，实现样品前处理的全自动化流程；专项化则是指针对特定应用领域开发专用机型和方法，如临床诊断样本快速处理专用机型、法医物证提取专用机型等。

上海般诺生物科技有限公司等国内厂商的崛起，打破了国外产品在该领域的市场主导局面，提供了性价比高、售后服务便捷的替代选择，推动了高通量组织研磨技术在国内科研和工业领域的普及应用。随着技术的不断进步和市场需求的扩大，高通量组织研磨仪将继续为生命科学、生物医药、环境检测等领域的样品前处理提供更加完善、高效的解决方案。

5 结语

高通量组织研磨仪作为现代实验室常用的样品前处理设备，通过其高效的工作能力、可靠的结果一致性和广泛的应用适应性，为众多领域的科研和质量控制工作提供了强有力的技术支持。上海般诺生物科技有限公司的 Bionoon 系列高通量组织研磨仪代表了国内在该领域的先进技术水平之一，其特殊的垂直方向及左右径向振动设计、可编程控制功能和多样化适配选择，能够满足绝大多数实验室的样品前处理需求。

随着科学技术的不断发展，样品前处理技术也将继续进步和完善。实验室工作者在选择高通量组织研磨仪时，应综合考虑自身的样品类型、通量需求、分析目标和经济预算等因素，选择更适合的设备配置和方案。同时，良好的操作规范和适当的维护保养也是确保设备长期稳定运行和获得可靠结果的重要保障。高通量组织研磨技术的不断发展，必将进一步推动生命科学、生物医药、食品环境检测等领域的科研进步和技术创新。