使用生物提取现场试剂盒和现场qPCR单元进行微生物DNA分析
January 2nd, 2026
可靠且准确的现场部署DNA分析对许多行业至关重要。本文提出了两种用于现场环境微生物分析的方法：1）使用生物提取现场试剂盒从环境样本中分离微生物DNA，2）通过现场qPCR单元分析DNA。
我们的研究范围主要是进行分子分析，用于表征参与修复、采矿、防腐蚀的微生物，这也帮助我们解答关于可持续性的问题。本研究通过使用可靠且可现场携带的分子生物学工作流，解决了多个研究和可及性不足，这些工作流易于使用。打开滤芯两端，用锁定润滑器连接一个装满空气的三毫升注射器连接到滤芯。
推动空气排出残留水分。断开注射器，吸入更多空气后再重复。然后，重新盖上红色插座盖。
用注射器倒置溶液混合。取下Luer锁定注射器盖，通过Luer锁定尖端将溶液A注射器连接到封装的0.2微米滤芯入口。按下活塞，缓慢加入溶液A。然后用力摇晃关闭的滤芯五分钟。
现在，将溶液B注射器倒转几次以混合。取下Luer锁定盖，通过Luer锁定尖端将注射器连接到封装的过滤器入口。重新盖好进水口滤芯盖后，用力用手摇晃关闭的滤芯五分钟。
拆下进气口盖，倒置滤芯。使用连接在封装滤芯单元上的三毫升注射器，将一毫升空气注入滤芯。然后，拉回活塞，把所有裂解液都抽出来。
将裂解液转移到五毫升的珠管中。用防腐胶封好后，用力摇晃珠管五分钟后再竖直。将样品制备筒放在平面上，并将可锁定的Luer柱连接到一毫升注射器上。
用色柱尖端在样品制备盒的第一段上戳两个孔。从珠管中注入一毫升溶液，注入第一段新打孔的孔中。将注射器柱重新插入红色部分。
然后，将液体完全吸入注射器，再推出10次。现在，将注射器柱尖放在红橙色部分，穿透箔膜两孔。用活塞把注射器里的液体完全抽出，然后完全抽出。
同样，用注射筒柱刺穿并泵送橙色、黄色、蓝色、自然干燥和绿色部分，按该部分列出的次数拉动和推动活塞。然后，使用一毫升注射器和样品制备柱，将绿色切片中的所有溶液转移到标记清晰的一毫升微管中。将最多三份现场提取的DNA样本放入现场qPCR仪器的纯样本托盘批次中，确保每个指定切片各取一份样本。
将每个样品的检测试纸放入托盘对应的A、B或C条槽，使每个试纸的第一孔与托盘上的第一个槽对齐。解锁手机，打开以注册商标qPCR仪器命名的应用程序。应用程序打开后，点击“开始运行”按钮。
在下一界面，点击生成ID按钮。通过点击样本ID下方输入样本名称，输入样本信息。点击样品单位并选择相应单位，然后点击样本量，输入提取时使用的体积。
输入所有样本信息后，点击继续按钮。在下一界面，点击文件夹图标，然后点击“保存到当前文件夹”。输入运行名并点击确认。
按住电源键，直到所有前灯亮起，即可启动仪表。在应用中点击确认即可继续。在应用中通过集成的短距离无线连接。
按下仪表上的集成短距离无线按钮，直到蓝灯闪烁。然后点击确认，选择连接的乐器名称。取出第一个样品时，先把Go strip管上的盖子取下来。
向每个井中加入18微升无菌水，轻轻移液器溶解沉淀。每口井加入两微升样品，并用橡胶检测条封口封管，确保正确方向。所有试纸准备好后，在应用中点击确认。
取出每条检测试纸。检查井底是否有气泡，然后轻轻摇晃带状物直到气泡上升。点击确认即可继续。
打开仪器盖，将检测试纸按正确顺序和方向放入仪器中。盖上盖子直到锁上，然后点击确认。在应用中点击“开始运行”按钮即可开始运行。
跑步结束后，点击“邮件结果”。连接无线互联网后，点击“再次发送”即可发送结果。每次运行时彻底清洁托盘以防止污染。
与经过验证的实验室方法相比，通过一致的qPCR结果确认了使用生物提取现场试剂盒完成DNA分离的成功。使用现场qPCR单位分析的Dehalococcoides标准培养稀释结果显示，在21摄氏度和30摄氏度的10次重复中偏差较低。对现场仪器的精密测试显示，所有运行的相对标准差均低于5%。
因此，我们的发现通过使环境监测能够在这些偏远地区进行，推动了该领域的进步，促进了可及性、社区参与，并带来了极具影响力的科学研究。我们的结果为理解样品在运输过程中的变化与即时提取和分析的区别奠定了基础。未来的研究将聚焦于定义这些方法在盐水等极端样本以及极端天气条件下的极限。
概述
本研究提出了可在现场部署的DNA分析方法，重点关注环境微生物分析。它详细介绍了使用生物提取现场套件分离微生物DNA的过程，以及随后通过现场qPCR单元进行分析的步骤。
研究的主要组成部分
科学领域
- 环境微生物学
- 分子生物学
- 可在现场部署的技术
背景
- 可在现场部署的DNA分析对各种行业至关重要。
- 可靠的分子生物学工作流程可以解决研究和可访问性方面的差距。
- 了解微生物在修复和可持续性中的作用至关重要。
- 当前的方法通常缺乏便携性和易用性。
研究目的
- 开发简单有效的现场微生物DNA分析方法。
- 增强远程地点的环境监测能力。
- 比较现场方法与实验室技术。
使用的方法
- 使用生物提取现场套件分离微生物DNA。
- 使用现场qPCR单元分析DNA。
- 标准培养物稀释以进行精确测试。
- 处理现场提取的DNA样品以进行qPCR分析。
主要结果
- 通过一致的qPCR结果确认成功的DNA分离。
- 多次重复中标准培养物稀释的偏差低。
- 所有运行中的相对标准偏差低于5%。
- 研究结果支持增强环境监测和社区参与。
结论
- 这些方法使得在偏远地区进行有效的环境监测成为可能。
- 结果突出了即时提取和分析的重要性。
- 未来的研究将探索这些方法在极端条件下的极限。
常见问题
Executive Industry Relevance
Field-deployable microbial DNA extraction and qPCR analysis enable rapid, quantitative assessment of environmental samples directly at remote or resource-limited sites. This capability supports timely risk evaluation and decision-making for biopharma and environmental R&D, especially where laboratory access is impractical. Reliable field workflows expand the reach of molecular analytics, maintaining data quality and reproducibility essential for portfolio-level confidence.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct quantification of microbial populations relevant to bioremediation and sustainability studies.
- Supports functional validation of microbial targets in situ, reducing reliance on laboratory infrastructure.
- Facilitates rapid hypothesis testing regarding microbial community shifts following environmental interventions.
Screening & Assay Development
- Delivers validated DNA extraction and qPCR workflows suitable for field-based assay standardization.
- Ensures reproducible, quantitative outputs comparable to laboratory benchmarks.
- Prepares samples and data for downstream screening or comparative analysis across multiple sites.
Translational & Preclinical Research
- Enables continuity of sample integrity by minimizing delays between collection and analysis.
- Supports translational studies of microbial biomarkers in real-world environmental contexts.
- Reduces risk of sample degradation or bias introduced by transport and storage.
Pipeline & Workflow Integration
This portable DNA extraction and qPCR workflow bridges field sampling and laboratory analytics, supporting discovery through translational research phases.
- Discovery Biology: Provides immediate, quantitative microbial DNA data for hypothesis-driven studies in remote settings.
- Screening: Offers standardized, reproducible field assays for microbial quantification.
- Analytics: Generates robust qPCR outputs with low deviation, enabling confident comparison across conditions.
- Translational Research: Maintains sample fidelity for biomarker studies and environmental monitoring.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, field-ready workflow adaptable to diverse environmental and industrial applications.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in microbial quantification and target validation outside the laboratory.
- Operational Value: Delivers standardized, contamination-resistant, and user-friendly protocols for non-specialists.
- Strategic Value: Enables faster go/no-go decisions and reduces delays in environmental or biopharma R&D pipelines.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing high-quality data from decentralized locations.
Implementation Considerations
- Requires basic training in field DNA extraction and qPCR setup for consistent results.
- Depends on portable instrumentation and reliable wireless connectivity for data transmission.
- Demands rigorous cleaning and contamination control between runs to maintain data integrity.
- May require adaptation for extreme sample types or environmental conditions as indicated by ongoing research.
- Cross-team standardization is essential for reproducibility across multiple field operators and sites.
