一、引言
脂质组学聚焦生物体内脂分子种类、含量及功能，对揭示疾病机制和药物靶标具有重要意义。样本制备阶段是数据可靠性的基础，其合理设计能显著减少分析偏差。离心分离技术凭借高效、可重复与易操作等优势，在脂质组学预处理流程中扮演关键角色。通过优化离心参数，可实现杂质清除、脂质富集与有机相分离，提升后续检测的灵敏度与准确度。本文将在样本来源、预处理方法、离心设备及参数优化、质量控制与未来发展等方面进行系统阐述。
二、样本类型与预处理方法
脂质组学样本主要包括组织样品、细胞悬液及血液、尿液等生物体液。组织样本需进行匀浆或研磨，结合低温离心移除粗大碎片；细胞系裂解可采用冻融、超声或化学裂解后，再经离心分离提取胞质；血浆或血清则需先做蛋白沉淀处理，随后离心去除蛋白质沉淀；尿液杂质相对较少，可直接进入萃取或分离步骤。合理的预处理流程能最大程度保留目标脂质并去除潜在干扰物。
三、离心分离原理解析
离心分离利用样品组分在旋转载体中的离心力差异进行分层。加入有机溶剂后，经旋转后基于密度差异形成上下相界。溶剂介质选用极大影响分离效果，常见氯仿–甲醇–水三相体系可同时提取极性与非极性脂质。通过调整转子类型（固定角、水平或密度梯度转子）及梯度介质，可实现不同脂质亚类的分段分离。控制离心力（×g值）、离心时间及温度，是获得稳定可重复分层的关键。
四、离心设备类型与选型要点
离心机按转速分为低速（≤6 000 rpm）、高速（6 000–20 000 rpm）与超速（≥20 000 rpm）三级。低速设备适用于去除细胞碎片和大分子杂质；高速机可实现液液萃取相分离与小体积样本浓缩；超速离心则可富集脂蛋白、脂体或纳米颗粒。选型需关注最大产生离心加速度、温控范围、转子兼容性、管架容量及并行通量。含Peltier恒温模块的离心机，可在2–25 °C范围内精准调节温度，保障热敏性脂质稳定。
五、转子设计与样本载荷策略
常用转子包括角转子、水平转子及密度梯度转子。角转子分离速度快，适合小体积样本快速分层；水平转子因管壁与液面平行，可获得清晰界面；密度梯度转子可在梯度介质中实现高分辨率分级。样本装载需严格对称平衡，避免因重量不均导致振动或离心失衡。载荷量应低于转子额定容量的80%，并使用相同类型的离心管以确保稳定运行。
六、离心参数优化
离心加速度、时间和温度互为影响因素，需要综合优化。蛋白沉淀与细胞碎片去除步骤宜设在3 000–5 000 ×g、5–10 min；液液萃取相分层可提升至8 000–12 000 ×g、10–20 min；纳米级颗粒富集则常用20 000–100 000 ×g、30–60 min。加速曲线（急停或渐停）对界面稳定性作用显著，缓停可减少样本扰动。建议通过一次性预实验确定最优参数。
七、温度控制与样本稳定性
脂质易受氧化酶和外源氧影响而分解，因此大多数离心步骤在4 °C下进行。提前将离心管、管架和溶剂预冷，可最大程度降低温度波动。对超速离心机，可启用内部Peltier装置精控温度；对无温控设备，则可在冷室或冰浴中操作。离心后应迅速回收分离相，并在−20 °C或−80 °C条件下保存，防止样本降解。
八、单相萃取结合离心技术
单相萃取法以甲醇、乙腈或异丙醇等极性有机溶剂裂解细胞并沉淀蛋白质。样本与溶剂按3∶1或4∶1比例充分混匀后，通过低速离心去除沉淀产物。此步骤兼具裂解与初步净化功能，能够去除大分子蛋白质并释放脂质。合理选择溶剂比例与混匀时间（通常30–60 s）是提升萃取效率的关键。
九、液液萃取后相分离策略
传统Folch（氯仿–甲醇–水，2∶1∶0.8）或Bligh–Dyer（氯仿–甲醇–水，1∶2∶0.8）法，通过添加水相实现两相分层。经振荡混匀后，高速离心（8 000–12 000 ×g、10–15 min）可使有机相和水相分离清晰。上清（有机相）富含非极性脂质，而下相（亲水相）则含蛋白及极性代谢物。分层完成后，使用微量移液器避免界面污染，将有机相转移至新管中进行后续分析。
十、固相萃取与离心联合应用
固相萃取（SPE）常用于去除残余蛋白及极性杂质，可结合离心柱操作提高通量。将样品加载于C18或硅胶柱后，通过离心（1 000–3 000 ×g、1–3 min）推动溶剂通过，简化手动加压过程。冲洗步骤同样可借助离心清除弱结合杂物，最后用适当溶剂洗脱目标脂质。此方法可与液液萃取串联，实现更高纯度的脂质分离。
十一、膜分离技术与低速离心
超滤膜或微孔滤膜可用于去除较大蛋白复合物与细胞残骸。将溶液加载至滤器上，低速离心（1 000–5 000 ×g、5–10 min）即可完成分离。相比SPE，膜过滤无需复杂填料且操作简便，尤其适合处理大体积样品。结合前述萃取方法，可在多步制备中实现高效杂质去除。
十二、超速离心在纳米脂质体与脂蛋白分离
对于脂质体载药系统或血清脂蛋白分析，需富集纳米级颗粒。采用超速离心机（≥100 000 ×g、30–60 min），可将脂质体或脂蛋白沉淀在管底。为防止样本破碎，建议使用缓加速与缓减速曲线，并在4 °C环境下操作。此法可获得高纯度纳米颗粒，用于粒径表征和后续功能检测。
十三、梯度密度离心分级技术
梯度离心常用于分离相近密度的脂质亚类，如高密度与低密度脂蛋白。可在离心管内预制蔗糖或聚乙二醇梯度，加载样本后进行超速运转。不同脂质组分在梯度介质中沿密度等值面分段，便于直接收集相应带区。此技术对梯度制备精度要求高，但分离分辨率也最优，适合深入研究脂质亚类分布。
十四、自动化平台与并行化处理
将离心模块与机器人自动化平台集成，可实现样本高通量制备。机械臂可在各离心机之间搬运样本管，借助LIMS或实验调度软件，自动设定离心参数并实时监控。并行处理可减少人为误差，并在多批次样本制备中保持一致性。此类系统适合大规模临床样本研究和药物筛选实验。
十五、数据管理与可追溯记录
每次离心过程的转速、时间、温度及转子类型等参数，应自动记录至LIMS或电子实验日志。将样本条码与离心信息关联，可在后续分析中快速追溯制备条件。定期汇总运行数据，分析参数漂移与设备性能趋势，有助于及时维护与校准，从而保障长周期实验的一致性。
十六、质量控制与方法验证
符合GLP/GMP标准的脂质组学流程需进行方法学验证。可使用已知浓度的脂质混标，评估提取回收率、重现性与线性范围。对照实验中应设置阴性对照（无样本）与阳性对照（标准品），以监测交叉污染与系统漂移。离心机性能验证包括转速准确度、温度均一性及加减速曲线稳定性测试。
十七、设备维护与安全防护
离心装置高速运转易产生振动与噪音，需定期进行动平衡测试与转子检查，确保无裂纹或疲劳损伤。定期更换密封圈并润滑轴承，保持良好机械性能。操作时应关闭防护罩并系好离心管盖，发生失衡或超载报警时设备应自动急停。实验室需配备消防和万向轮，以便于设备日常移动与检修。
十八、方法学挑战与优化思路
脂质种类繁多、含量差异巨大，给统一提取流程带来挑战；非极性与极性脂质需兼顾，常用混合溶剂体系难以兼顾全部类别。针对特殊亚类，可开发专用萃取方法或衍生化试剂，提高检测灵敏度。多步离心与分段流程虽能提升纯度，却增加操作复杂度与样本损耗。未来可尝试微流控离心芯片或磁珠富集技术，简化步骤并减少样本用量。
十九、前沿技术与智能化发展
结合人工智能与机器视觉，可实时监控离心分层界面位置并自动采集有机相；基于CFD模拟的转子与管架设计，将进一步提升流体动力学效率；可携式旋转驱动装置有望实现现场快速检测与即时反馈。此外，云平台集中维护与远程控制将加速设备互联与大规模应用推广。
二十、结论与展望
离心分离技术在脂质组学样本制备中具有不可替代的地位，通过合理选型与参数优化，可高效去除干扰物并富集目标脂质。结合自动化平台与智能监控手段，未来将实现更高通量、更低样本需求与更强稳定性的全流程制备。随着微流控、纳米技术与人工智能等前沿领域的融合，离心驱动的脂质组学样本制备必将迈向更加精准、高效与便携的新阶段。
