无交叉污染：用于实验室NGS的高性能超声波仪

高性能超声波实验室工作流程必须同时满足两项功能：精确的核酸断裂和绝对样品完整性。交叉污染是分子生物学测序实验室的一个棘手问题。在为下一代测序（NGS）构建文库、剪切CHIP-Seq染色质或从罕见临床样本提取DNA时，即使是极少量的外来核酸也可能破坏模型。

污染质粒序列和受干扰载体基因组

腺相关病毒基因治疗后的肝脏 |自然医学

该问题在NGS工作流程中的重要性

下一代测序技术彻底改变了基因组学和临床诊断的研究。它们的快速技术进步和测序能力彻底改变了该领域，但这些技术可以轻松地与来自不同地区的DNA结合，且这些技术的敏感性既有积极也有负面。使用天然气系统技术，即使是微量的核酸也可能导致假阳性、不确定结果，甚至检测失败。

2025年，一项针对欧洲不同中心的四种不同PCR原蛋白酶的研究发表了一项研究，声称在这四个原蛋白的阴性对照样本中检测到了乙型肝炎病毒基因组覆盖率在48%至100%之间的序列。这不是统计上的异常，而是传统样品制备方法无法消除的系统性污染风险。

交叉污染有多种原因，例如：

• DNA通过空气传播：开放容器上的超声波能量会产生DNA液滴雾气并扰动邻近样本。

• 可重复使用探针上的液体残留：探针式超声波器需要物理连接，使得每次运行间的全面消毒成为一项挑战。

•板材操作导致飞溅：手动/自动转移可能成为样本转移的机会。

•表面残留：未充分清洁的工作表面/仪器部件可能将污染传播到未来运行。

这些风险在每天需要处理数十甚至数百个样本的地方会增加。在临床环境中，交叉污染可能导致误诊或要求改变患者的处方治疗，后果更为严重。

传统方法的局限性

DNA断片和细胞破坏的一种著名且传统的技术是基于探针的超声波。该技术将样品放入容器中，金属探针尖端浸入水中。

尽管这种方法越来越受欢迎，但它容易导致样品探针交叉污染。在样品处理过程中，探针必须直接接触容器中的样品。为避免加工运行中的交叉污染，必须处理探针相关的交叉污染。样品处理过程中有很多可能遗漏的东西，尤其是粘稠度较高或粘附性较高的样品，容易出现杂交污染。必须处理探针辅助样品处理。磨损的探针尖可能会脱落颗粒并导致样品交叉污染。

水浴超声波则带来了不同的问题。样本被放置在共用水浴内的浮动架中。虽然探头不直接接触样品，但浴水会在容器间循环。当管子在加工过程中漏水或开裂时，其内容物会渗入浴槽。内容物可以循环到相邻的样品中。该过程难以检测交叉污染，因为泄漏材料没有物理或直接转移。

聚焦超声波如何解决这个问题

一台采用聚焦超声技术的高性能超声波仪，改变了污染的范式。原理简单却强大：通过外部源提供超声波接触，但接触是通过流体介质直接接触样品容器。在处理过程中，样品被封存于完全密封的一次性容器/管子中。

Longlight Technology 的 BoFU-1600 聚焦超声波仪 围绕这种非接触式处理范式设计。该仪器利用聚焦声能将高频短波长声波集中到采样区。由于没有探头接触样品，也没有共用的浴水在管子间循环，污染媒介能够在污染发生前被消除。

以下是非接触式处理带来更清洁、更可靠结果的方法：

• 封闭容器完整性：样品从头到尾都保存在密封离心管中。没有外来DNA进入反应容器的途径

• 无气溶胶产生：由于管子保持密封，超声波空蚀发生在密闭环境中。没有气溶胶飞沫逸散，确保邻近样品或表面保持无污染。

•无探针相关遗留。没有探针材料可以被带走，因为没有探针可以清洁或消毒。

每次运行之间未被动碰，且每个样品都放在独立管子中，没有材料残留。

Covaris S220聚焦超声仪还采用不产生气溶胶且不涉及接触批次处理的技术，以防止污染。领先的NGS工作流程自动化平台正在集成聚焦超声波技术，将剪切步骤减少多达80%，减少NGS文库准备时间30%，并降低污染风险。

实用主义的答复，满足当代实验室的需求

BoFU-1600 是通过结合当代基因组实验室现实的技术开发的。该系统包括自由处理模式，允许操作员为最多十六个样品独立设置处理参数，以及批量处理模式，操作员只需一次操作即可处理相同的样品。

样品超声波过程中维持的高精度温控系统大大降低了因热控因素导致样品基底伪影的风险。热量引起的剧烈变化可能制造变异性甚至真实信号的错觉，最终导致研究人员所追求的信号被混淆。这些遗物可能导致研究人员陷入昂贵且耗时的研究死胡同。

该乐器安静无声，无需隔音，内置操作系统，无需外部电脑即可自主运行。其他特点包括被动排水，并设有水位监测以防止溢流。在任何时间点存储信息有助于质量控制流程、审计以及方法在不同站点/实验室间的迁移。

响应市场需求

全球DNA切割用聚焦超声波仪市场的复合年增长率（CAGR）为2025年至2031年，增长率为5.5%。聚焦超声波DNA切割市场的预计销售额分别为2025年和2031年5.3亿美元和7.31亿美元。这向行业和社区表明，传统样本制备的样本制备方法已经过时，无法满足基因组学的可重复性和标准化需求。污染控制是超声波仪的标准，因此随着基因组学、精准医学和合成生物学的发展，对可重复性、精确性和感染增殖自由切割DNA技术的需求预计将不断增长。

结束语

实验室超声波仪利润率更高，因此有助于基因组学实验室的交叉污染。非接触聚焦超声通过保持样品密封、消除气溶胶生成以及完全消除物理接触通路，解决污染源头问题。Longlight Technology的BoFU-1600以紧凑、安静、易用的仪器实现了这一功能，能够无缝集成NGS文库制备、染色质剪切、微生物裂解和FFPE核酸提取协议。

当污染因素被排除在外，实验结果就会恢复到应有的状态：准确反映你所研究的生物学，而不是样品制备方法的伪影。

常见问题

问：高性能超声波实验室设备在哪些方面能够防止交叉污染？

答：使用非接触式聚焦超声。样品使用密封一次性管，避免探针接触，防止气溶胶，并避免共用浴水。

问：BoFU-1600能否与市面上已有的NGS文库制备套件一起使用？

答：绝对有。它能产生约150碱基对到5 kb的DNA片段。

问：要运行BoFU-1600，我需要使用外接电脑吗？

答：绝对不是。这款设备内置电脑，能让你在工作台上有更多空间，使用场景也更直接。

问：是否可以用不同类型的样本进行同一批运行？

答：绝对有。自由处理模式允许你处理1到16个样本，每个样本的超声参数不同，并且对不同样品类型也很灵活。

问：调控超声波器温度的过程是怎样的？

答：有一个高度灵敏的温度传感器子系统。