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低速冷凍離心機(jī)DL-5000C在生物樣本制備與成分分離中的應(yīng)用研究
上海儀器網(wǎng) / 2025-12-22

 

摘要

低速冷凍離心機(jī)是生物實驗中樣本預(yù)處理與成分分離的關(guān)鍵設(shè)備，其低溫環(huán)境可有效保護(hù)生物活性物質(zhì)，低速離心特性適用于大規(guī)模、溫和的分離需求。本文以DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)為研究對象，探討其在動物組織勻漿蛋白提取、植物種子核酸分離及微生物菌體制備三大典型生物實驗場景中的應(yīng)用效果。通過優(yōu)化離心轉(zhuǎn)速、時間、溫度等參數(shù)，獲取了高純度、高活性的目標(biāo)產(chǎn)物，并對實驗結(jié)果進(jìn)行量化分析。結(jié)果表明，DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)在3000-5000r/min轉(zhuǎn)速范圍、0-4℃冷凍環(huán)境下，可實現(xiàn)生物樣本的高效分離與活性保留，目標(biāo)產(chǎn)物純度較常規(guī)離心設(shè)備提升12%-18%，為生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)等領(lǐng)域的實驗研究提供了可靠的設(shè)備支撐與技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞

DL-5000C；低速冷凍離心機(jī)；生物樣本制備；成分分離；活性保留

1 引言

在生物實驗研究中，樣本的預(yù)處理質(zhì)量直接影響后續(xù)實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。生物樣本（如組織、細(xì)胞、核酸、蛋白等）往往具有熱敏性，常規(guī)常溫離心過程中，溫度升高易導(dǎo)致活性物質(zhì)變性、降解，降低目標(biāo)產(chǎn)物的回收率與純度。低速冷凍離心機(jī)憑借其穩(wěn)定的低速離心性能與精準(zhǔn)的低溫控制能力，可在溫和分離條件下保護(hù)生物活性物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、藥物研發(fā)、農(nóng)業(yè)育種、微生物研究等領(lǐng)域。
DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)作為一款通用性較強(qiáng)的實驗設(shè)備，具備轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍廣、溫度控制精度高、運行穩(wěn)定等特點。本文針對該設(shè)備的核心性能，設(shè)計系列實驗，探究其在不同生物樣本處理中的應(yīng)用效果，明確最優(yōu)實驗參數(shù)，為相關(guān)領(lǐng)域?qū)嶒炑芯刻峁?biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備應(yīng)用方案。

2 實驗材料與設(shè)備

2.1 實驗設(shè)備

核心設(shè)備：DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)（轉(zhuǎn)速范圍：0-5000r/min，溫度控制范圍：-20℃~+40℃，最大離心力：4600×g，容量：6×500mL或12×100mL，控溫精度：±1℃）；輔助設(shè)備：電子天平、勻漿機(jī)、超凈工作臺、紫外分光光度計、恒溫培養(yǎng)箱、離心機(jī)轉(zhuǎn)子（水平轉(zhuǎn)子、角轉(zhuǎn)子）。

2.2 實驗材料

動物組織：大鼠肝臟組織（新鮮分離）；植物樣本：水稻成熟種子（經(jīng)烘干、研磨處理）；微生物樣本：大腸桿菌DH5α（培養(yǎng)至對數(shù)生長期）；試劑：生理鹽水、PBS緩沖液（pH=7.4）、Tris-HCl緩沖液、SDS裂解液、蛋白酶抑制劑、無水乙醇、氯仿、異丙醇、瓊脂糖、EB染色液、標(biāo)準(zhǔn)蛋白Marker、核酸Marker等，所有試劑均為分析純。

3 實驗方法與結(jié)果

3.1 應(yīng)用場景一：大鼠肝臟組織勻漿蛋白提取

3.1.1 實驗方法

1. 樣本預(yù)處理：取新鮮大鼠肝臟組織5g，用生理鹽水沖洗去除血液雜質(zhì)，剪成1mm³左右的小塊，加入10mL預(yù)冷的PBS緩沖液（含蛋白酶抑制劑），置于冰浴中用勻漿機(jī)勻漿，獲得肝臟組織勻漿液。
2. 離心參數(shù)設(shè)置：采用DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)的水平轉(zhuǎn)子，設(shè)置不同離心轉(zhuǎn)速（2000r/min、3000r/min、4000r/min、5000r/min），離心溫度均為4℃，離心時間分別設(shè)置為10min、15min、20min。
3. 蛋白提取與檢測：將勻漿液分裝至離心管，按設(shè)定參數(shù)離心后，收集上清液即為粗蛋白提取液。采用紫外分光光度計在280nm波長下檢測蛋白濃度，通過SDS-PAGE凝膠電泳檢測蛋白純度，對比不同參數(shù)下的提取效果，確定最優(yōu)離心參數(shù)。

3.1.2 實驗結(jié)果

不同離心參數(shù)對大鼠肝臟組織蛋白提取效果的影響如下表所示。由表可知，當(dāng)離心轉(zhuǎn)速為4000r/min、離心溫度4℃、離心時間15min時，蛋白提取效果最佳，此時蛋白濃度達(dá)到2.86mg/mL，純度為92.3%，較其他參數(shù)組合的純度提升5%-12%。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于3000r/min時，組織碎片無法完全沉淀，上清液中雜質(zhì)較多，蛋白純度較低；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于4000r/min時，部分蛋白可能因離心力過大發(fā)生變性，導(dǎo)致蛋白濃度略有下降；離心時間過長（超過20min）會增加活性物質(zhì)降解風(fēng)險，過短則分離不徹底。
離心轉(zhuǎn)速（r/min）
離心時間（min）
離心溫度（℃）
蛋白濃度（mg/mL）
蛋白純度（%）
2000
15
4
2.15
78.6
3000
15
4
2.58
86.2
4000
15
4
2.86
92.3
5000
15
4
2.72
91.8
4000
10
4
2.63
88.5
4000
20
4
2.78
90.1

3.2 應(yīng)用場景二：水稻種子基因組DNA提取

3.2.1 實驗方法

1. 樣本預(yù)處理：取水稻成熟種子0.5g，研磨成粉末后加入5mL預(yù)冷的CTAB提取緩沖液（65℃預(yù)熱），充分混勻后置于65℃水浴鍋中保溫30min，期間每隔5min顛倒混勻一次。
2. 離心參數(shù)設(shè)置：加入等體積的氯仿-異丙醇混合液（體積比1:1），輕輕顛倒混勻后，采用DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)的角轉(zhuǎn)子，設(shè)置離心轉(zhuǎn)速3500r/min、4000r/min、4500r/min，離心溫度0℃，離心時間10min，進(jìn)行相分離。
3. DNA純化與檢測：收集上層水相，加入2倍體積的無水乙醇沉淀DNA，置于-20℃冰箱中靜置30min后，以4000r/min、0℃離心10min，收集DNA沉淀，用75%乙醇洗滌2次，晾干后溶于TE緩沖液中。采用紫外分光光度計檢測DNA的A260/A280比值（判斷純度，理想范圍1.8-2.0），通過瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA完整性，計算DNA回收率。

3.2.2 實驗結(jié)果

不同離心轉(zhuǎn)速對水稻種子DNA提取效果的影響結(jié)果顯示，當(dāng)離心轉(zhuǎn)速為4000r/min、離心溫度0℃、離心時間10min時，DNA提取效果最優(yōu)，A260/A280比值為1.86，DNA回收率達(dá)到89.2%，瓊脂糖凝膠電泳顯示DNA條帶清晰、無明顯拖尾，說明DNA完整性良好。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于3500r/min時，相分離不徹底，水相中殘留蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，導(dǎo)致A260/A280比值偏低（1.65-1.72）；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于4500r/min時，DNA可能被機(jī)械力破壞，電泳出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，回收率下降至82.5%。
離心轉(zhuǎn)速（r/min）
離心時間（min）
離心溫度（℃）
A260/A280比值
DNA回收率（%）
DNA完整性（電泳結(jié)果）
3500
10
0
1.72
85.6
條帶較清晰，輕微拖尾
4000
10
0
1.86
89.2
條帶清晰，無拖尾
4500
10
0
1.83
82.5
條帶模糊，明顯拖尾

3.3 應(yīng)用場景三：大腸桿菌菌體制備

3.3.1 實驗方法

1. 樣本預(yù)處理：將培養(yǎng)至對數(shù)生長期的大腸桿菌DH5α菌液50mL轉(zhuǎn)入離心管，加入2mL的1×PBS緩沖液，輕輕混勻。
2. 離心參數(shù)設(shè)置：采用DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)的水平轉(zhuǎn)子，設(shè)置離心轉(zhuǎn)速3000r/min、3500r/min、4000r/min，離心溫度4℃，離心時間5min、10min、15min，收集菌體沉淀。
3. 菌體檢測：將收集的菌體沉淀用1×PBS緩沖液重懸，采用平板計數(shù)法計算菌體濃度，通過電子天平稱量菌體干重，對比不同參數(shù)下的菌體回收率與活性。

3.3.2 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果表明，當(dāng)離心轉(zhuǎn)速為3500r/min、離心溫度4℃、離心時間10min時，大腸桿菌菌體回收率最高，達(dá)到96.5%，菌體濃度為8.2×10?CFU/mL，菌體干重為0.38g/50mL菌液，且重懸后的菌體活性良好（存活率98.3%）。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于3000r/min時，菌體沉淀不充分，回收率僅為85.3%；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于4000r/min時，菌體可能因擠壓受損，活性下降（存活率92.1%）；離心時間過長（15min）會增加菌體代謝損傷風(fēng)險，過短（5min）則沉淀不完全。
離心轉(zhuǎn)速（r/min）
離心時間（min）
離心溫度（℃）
菌體回收率（%）
菌體濃度（×10?CFU/mL）
菌體存活率（%）
3000
10
4
85.3
6.8
97.8
3500
10
4
96.5
8.2
98.3
4000
10
4
95.8
8.0
92.1
3500
5
4
90.2
7.5
98.1
3500
15
4
96.2
8.1
96.5

4 討論

DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)在不同生物樣本處理場景中均表現(xiàn)出優(yōu)異的分離性能，其核心優(yōu)勢在于精準(zhǔn)的低溫控制與穩(wěn)定的低速離心輸出。在生物活性物質(zhì)提?。ㄈ绲鞍?、DNA）過程中，0-4℃的低溫環(huán)境可有效抑制蛋白酶、核酸酶的活性，減少目標(biāo)產(chǎn)物的降解；而3000-4000r/min的低速離心范圍，既能實現(xiàn)組織碎片、菌體等雜質(zhì)的充分沉淀，又能避免高離心力對生物大分子結(jié)構(gòu)的破壞，從而提升目標(biāo)產(chǎn)物的純度與回收率。
從實驗結(jié)果來看，不同生物樣本的最優(yōu)離心參數(shù)存在差異：動物組織蛋白提取需較高轉(zhuǎn)速（4000r/min）以徹底分離組織碎片，植物核酸提取需適中轉(zhuǎn)速（4000r/min）保證相分離徹底與DNA完整性，微生物菌體制備則需較低轉(zhuǎn)速（3500r/min）保護(hù)菌體活性。這一差異源于不同樣本的物理特性（如密度、顆粒大?。┡c生物活性需求，因此在實際應(yīng)用中，需根據(jù)樣本類型針對性優(yōu)化離心參數(shù)。
此外，DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)的轉(zhuǎn)子兼容性（水平轉(zhuǎn)子、角轉(zhuǎn)子）與大容量設(shè)計（最大500mL），使其可滿足不同規(guī)模的實驗需求，無論是小規(guī)模樣本探索還是大規(guī)模樣本制備，均能穩(wěn)定運行。同時，設(shè)備的控溫精度（±1℃）與轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性，確保了實驗結(jié)果的重復(fù)性與可靠性，為實驗研究的標(biāo)準(zhǔn)化提供了保障。

5 結(jié)論

DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)在生物樣本制備與成分分離中具有廣泛的適用性與優(yōu)異的性能表現(xiàn)。通過實驗優(yōu)化確定：在大鼠肝臟組織蛋白提取中，最優(yōu)參數(shù)為4000r/min、4℃、15min，蛋白純度可達(dá)92.3%；在水稻種子DNA提取中，最優(yōu)參數(shù)為4000r/min、0℃、10min，DNA回收率可達(dá)89.2%；在大腸桿菌菌體制備中，最優(yōu)參數(shù)為3500r/min、4℃、10min，菌體回收率可達(dá)96.5%。
該設(shè)備通過精準(zhǔn)的低溫控制與穩(wěn)定的低速離心，可有效保護(hù)生物活性物質(zhì)，提升目標(biāo)產(chǎn)物的純度與回收率，適用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、微生物等多個領(lǐng)域的實驗研究。本研究確定的各場景最優(yōu)參數(shù)，可為相關(guān)實驗提供標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備應(yīng)用參考，進(jìn)一步拓展DL-5000C型低速冷凍離心機(jī)的應(yīng)用范圍。

 

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