高通量冷冻组织研磨仪：突破微生物生物被膜样本制备瓶颈的完整解决方案

在环境微生物学、工业生物技术及医学病原体研究中，微生物生物被膜作为菌体在界面聚集形成的复杂三维群落，其研究对于理解微生物耐药性、污染降解机制及工业发酵过程至关重要。然而，生物被膜样本因其致密的胞外聚合物基质、与载体表面的牢固结合以及内部异质性，在分析前处理阶段面临巨大挑战。传统的刮取、超声或涡旋振荡等方法，存在效率低、重现性差、细胞活性损失大且易引发RNA降解等缺陷。针对这一核心痛点，上海般诺生物科技有限公司推出的Bionoon-48LD高通量冷冻组织研磨仪，提供了一套高效、标准化且能完整获取生物被膜生物信息的创新前处理解决方案。

一、 技术挑战与设备应对机制

挑战一：物理结构坚韧，匀浆不充分

生物被膜内部由多糖、蛋白质、核酸及脂类构成的胞外聚合物，如同一张坚韧的“防护网"，传统机械力难以将其中的微生物细胞充分、均一地释放。

解决方案：三维高频撞击式破碎
Bionoon-48LD采用独特的垂直与水平一体化三维振动模式。通过驱动适配器内的研磨珠（如氧化锆珠），对生物被膜样本进行高速、多维的撞击与剪切。这种高强度动能可在 60-90秒内 有效瓦解致密的EPS结构，将包埋其中的微生物细胞高效释放，为后续的DNA提取（群落分析）、RNA提取（活性基因表达）或蛋白质提取（功能蛋白组学）奠定基础。

图1：传统刮取法（左）与Bionoon-48LD研磨法（右）处理生物被膜的效果示意图。研磨法能更充分地破碎EPS，释放更多完整细胞。

挑战二：生物信息易降解，活性状态难保存
生物被膜内的微生物处于复杂的生理状态，研究其基因表达或代谢活性需快速固定其瞬时状态。传统方法处理时间长，过程中易因摩擦产热或氧化应激导致RNA降解、蛋白质变性。

解决方案：全程深度冷冻研磨
该设备核心优势在于其集成的高效压缩机制冷系统，可确保研磨腔在运行期间温度稳定维持在-30℃至-50℃。用户可将附着生物被膜的载体（如载玻片、小石子、管道切片）直接置入经液氮预冷的研磨罐中。在全程超低温环境下，微生物的代谢与酶活性被瞬间抑制，有效保护了核酸、蛋白质等目标分子的完整性，从而获得能真实反映原位状态的高质量生物分子。

挑战三：样本异质性强，结果重复性差
生物被膜生长具有空间异质性，且传统手工处理方式通量低、人为误差大，导致平行样本间数据可比性差，影响科学结论的可靠性。

解决方案：高通量标准化并行处理
Bionoon-48LD支持单次同时处理多达48个独立样本（标准2ml离心管规格），且通过适配器可灵活兼容多种规格容器。所有样本在同一时间、相同的程序参数（频率、时间、温度）下进行均一化处理，尽数消除了人工操作带来的批次间与样本间差异，极大提升了实验数据的重复性与可靠性，满足了大样本量统计分析的需求。

二、 针对生物被膜研究的标准化工作流程

以下是一个以“污水处理厂填料生物膜活性微生物群落分析"为例的标准化工作流程，展示了Bionoon-48LD如何无缝整合到研究链条中：

1. 样本采集与预冷：从反应器中截取小块生物填料，迅速置于液氮中冷冻，以固定微生物活性状态。

2. 装机准备：将样本快速转移至预冷的2ml研磨管中，加入一颗直径5mm的氧化锆研磨珠。将研磨管插入经液氮预冷过的48孔适配器，并整体装入已预冷至-40℃的研磨腔。

3. 程序化研磨：设置运行参数（如：频率30Hz，时间90秒，预冷2分钟）。设备启动后，通过三维振动驱动研磨珠对填料表面的生物被膜进行高效破碎与剥离。

4. 下游应用：研磨后的匀浆液可直接用于：

• 总DNA提取：进行16S rRNA/ITS高通量测序，解析群落结构。

• 总RNA提取：进行宏转录组测序，分析活跃基因的功能。

• 代谢物提取：进行液相色谱-质谱分析，研究小分子代谢物谱。

图2：基于Bionoon-48LD的生物被膜样本标准化前处理及下游多组学分析整合工作流程图。

三、 方案核心价值总结

上海般诺Bionoon-48LD高通量冷冻组织研磨仪为微生物生物被膜研究提供的前处理方案，其核心价值在于实现了 “破障"、“保真"、“高通量" 三者的统一。

• 破障：强大的三维机械力有效克服了EPS的物理屏障，实现了细胞的高效释放。

• 保真：深低温环境很大程度保护了核酸、蛋白质等靶标分子的活性与完整性，获取更真实的原位生物学信息。

• 高通量与标准化：批量处理能力结合程序化控制，大幅提升了实验效率，并确保了卓绝的重复性。

该方案将研究人员从繁琐、低效且不稳定的手工前处理中解放出来，使得针对复杂生物被膜样本的高通量、多组学研究成为可能，有力推动了在环境治理、工业生产及感染防控等相关领域的科学发现与技术革新。