2025-07-29
在多组学研究中，液体样本（如尿液、细胞培养上清、根系分泌物、水体等）由于获取相对方便，广泛应用于蛋白组、代谢组、脂质组、微生物组等组学研究之中。然而，这类样本的一个共性挑战——目标分子浓度低，直接使用可能信号微弱甚至无法检测。因此，“样本浓缩”成为确保检测灵敏度和数据质量的关键步骤！
本期文章将为大家介绍五种常见的液体样本浓缩方法：冷冻干燥、氮吹浓缩、减压旋转蒸发、超滤离心和滤膜过滤，包括它们的原理、操作步骤和适用场景，帮助科研人员根据实验需求选择最合适的处理方式。
1.冷冻干燥
冷冻干燥机
原理
冷冻干燥（又称冻干）基于升华原理：即样品在冻结状态下直接将冰态水转化为气态，跳过液态过程，从而实现干燥与浓缩。首先将样本迅速冻结，保持代谢物原始状态；随后在真空下升温，使水分从冰态直接升华离开。该方法对热敏感、易挥发的代谢物非常友好，能在极温和条件下实现浓缩，且最终为干粉状态，便于后续长期保存或重溶处理。但设备成本较高，操作周期较长。
步骤简述
(1)将液体样本预冻至–80°C或用液氮速冻；
(2)放入冷冻干燥机中进行升华干燥；
(3)得到干燥粉末后，用适当有机溶剂或缓冲液重溶上机。
适用场景
适合尿液、根系分泌液等体积较大、需长期保存的样本类型。
2.氮吹浓缩
氮吹仪
原理
氮吹浓缩通过持续通入高纯度氮气，使溶剂表面形成强烈扰动，从而加速蒸发。在气体流动和温度控制下，液体迅速转为气态离开体系，而代谢物作为非挥发性成分被保留下来。该方法适合处理体积不大、含有有机溶剂的提取液，尤其在处理脂溶性或中等极性代谢物时效率更高。相比自然挥发或加热浓缩，氮吹浓缩更快、对热敏物质更温和，不引入杂质，但需注意氮气流速与温度控制，避免样品飞溅或代谢物挥发。
步骤简述
(1)将代谢物提取液（如甲醇提取液）转移至玻璃试管中；
(2)放置于氮吹仪架上，调整针头高度，使氮气正好吹至液面上方；
(3)设定水浴温度（一般不超过40°C），通入氮气开始浓缩；
(4)溶剂完全蒸发后，用适当体积的溶剂重溶沉淀。
适用场景
适合含甲醇、乙腈等有机溶剂的液体样本；尤其用于脂溶性代谢物浓缩。
3.减压旋转蒸发法
旋转蒸发仪
原理
减压旋转蒸发是通过降低系统压强、加热样本并旋转烧瓶，促使溶剂在较低温度下蒸发并被冷凝收集，实现浓缩。它是一种工业级的浓缩方式，尤其适用于大体积有机相样本的预浓缩，如从水体、土壤滤液中提取代谢物。该方法可以快速去除低沸点溶剂（如乙醇、甲醇），但需注意不适用于易挥发或热敏性代谢物。
步骤简述
(1)将样本转入旋蒸烧瓶，连接至冷凝装置；
(2)设定水浴温度、真空度及转速；
(3)蒸发结束后收集浓缩物，进一步转氮吹或冷冻干燥；
(4)剩余样本可重悬于水或缓冲液中使用。
适用场景
适合中等体积、含有有机溶剂的提取液，如植物代谢物提取液、培养上清提取液等。
4.超滤离心法
超滤离心管
原理
超滤也是一种膜过滤，通过压力或浓度梯度等力使料液通过半透膜进行分离。 超滤膜能够截留尺寸范围为1-1000kDa（MW）的分子，并允许盐和水等小分子通过。
例如使用10 kDa滤膜，可截留大分子蛋白、代谢物聚合体，透过小分子如盐分、水等，从而实现分子富集与杂质去除。离心作用加速过滤进程，尤其适用于清除干扰蛋白或盐类。
步骤简述
(1)选用适当MWCO的超滤离心管（常用3kDa-30kDa）；
(2)将液体样本加入滤芯，放入离心机（一般10,000-14,000 rpm）；
(3)离心10-30分钟，收集滤上液或滤下液；
(4)可进行Buffer Exchange或直接用于分析。
适用场景
适用于筛选目的片段大小的蛋白，去除杂质。
5.滤膜过滤法
抽滤装置
原理
滤膜过滤法是利用具有特定孔径的膜材料，通过物理阻隔和吸附作用富集液体样本中的微生物常用的滤膜材料包括聚醚砜（PES）、聚丙烯（PP）或聚碳酸酯（PC），孔径多为0.22 μm或0.45 μm，可根据目标微生物大小选择合适的规格。
步骤简述
(1)选择适合孔径和材质的滤膜（如0.22 μm PES膜）并装载至过滤装置中；
(2)预润湿滤膜（如使用无菌水或缓冲液冲洗）；
(3)将液体样本缓慢倒入过滤器中，借助真空泵或重力完成过滤；
(4)微生物被截留在膜表面，可直接用提取液（如裂解液）处理膜进行DNA/RNA提取或代谢物回收；
(5)若研究胞外代谢产物，可将滤液继续用于浓缩或分析。
适用场景
滤膜过滤法特别适用于富集水体、尿液等样本中的微生物群体，多用于微生物组学研究。
液体样本的浓缩方法并非“一个办法走天下”，而是需要根据目标分子、样本体积、下游应用进行精准匹配。无论是应对难以收集的代谢组样本，还是环境样本中的低丰度信号，只要用对了浓缩方式，就能从“稀薄”中挖掘“深度”数据。
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