高盐让荧光法低估 DNA 浓度,Lunatic 依然准确

高盐让荧光法低估 DNA 浓度,Lunatic 依然准确

在含 400 mM NaCl 的 DNA 样品里,Qubit 和 PicoGreen 都明显低估了浓度,Lunatic 的读数依然接近理论值。荧光信号会被盐干扰,UV/Vis 测的是 DNA 自身的吸收。Lunatic 用 2 µL 样品直接做 UV/Vis 全光谱扫描,浓度和纯度一次出,还能用 Unmix 算法把 RNA、蛋白质等杂质的吸收贡献拆开。

荧光染料法的问题在哪

PicoGreen 的典型流程是这样的:先把 DNA 标准品做系列稀释,再把染料稀释成工作液,然后把样品也稀释到线性范围内,混合后读荧光、拟标准曲线、算浓度。稀释步骤越多,误差来源也越多。

更麻烦的是,荧光信号会被样品中的盐、去垢剂等杂质干扰。100 mM NaCl 就足以影响 PicoGreen 与 DNA 的结合,导致荧光信号下降、浓度被低估。而且荧光法不报告 A260/A280 和 A260/A230 这类纯度指标,也就无法判断样品里有没有蛋白或有机物残留。

Lunatic 直接测 DNA 自身的 UV/Vis 吸收。DNA 在 260 nm 有特征吸收,吸光度乘以浓度因子就是浓度,所以不需要染料和标准曲线;0.03–275 OD 的动态范围又让样品不需要稀释。2 µL 加到板上,5 分钟 96 个样品全部出结果,浓度和纯度同时报告。样品由毛细力吸进密闭的储液腔,最多 2 小时内不蒸发。

需要合规记录时,可以选配 21 CFR Part 11 合规包。

Lunatic(A)使用 SBS 兼容板格式,5 分钟内测量最多 96 个样品。Little Lunatic(B)使用芯片格式,用 Lunatic Chip 时约 2 分钟测完最多 16 个样品。

A260 经典定量:纯样品的首选

对纯化后、杂质很少的 DNA 样品,经典的 A260 应用就够了。Lunatic 在整个光谱上做瑞利散射校正(turbidity correction),比传统的单波长背景扣除更准。校正后取 260 nm 的吸光度,乘以浓度因子 50,就得到 dsDNA 浓度:

c = OD260 × 50

OD260 是软件折算到 10 mm 光程后的值。

同时报告 A260/A280 和 A260/A230 比值。A260/A280 在 1.8 左右表示 DNA 纯净,A260/A230 大于 2 表示无有机物污染。

纯 dsDNA(小牛胸腺 DNA,TE 缓冲液)

105.2 ± 0.64ng/µL0.05Background (A260)1.87A260/A2802.44A260/A230

小牛胸腺 DNA 在 TE 缓冲液中的代表性吸收光谱。插入表格显示 3 次重复的平均浓度 ± SD、260 nm 背景、A260/A280 和 A260/A230 比值。

样品有浊度怎么办?

纯化后的样品有时会残留磁珠或其他颗粒,造成背景散射。下面对比了同一个掺了 500 nm NIST 聚苯乙烯标准珠的 DNA 样品,分别用 A260 dsDNA(浊度校正)和 dsDNA A260 -bg(340)(单点校正)两种应用测量。

A260 dsDNA(浊度校正)

浓度93.0 ± 0.15 ng/µLBackground0.80A260/A2801.81A260/A2306.65

dsDNA A260 -bg(340)(单点校正)

浓度108.4 ± 0.25 ng/µLBackground0.48A260/A2801.76A260/A2302.77

单点校正(340 nm)报告的浓度更高:它扣掉的背景是 0.48,浊度校正扣掉的是 0.80。少扣的那部分散射被算进了 DNA 吸收。两种应用的 A260/A280 都在 1.8 左右,A260/A230 都大于 2,纯度指标正常。

含 1000 倍稀释 500 nm NIST 标准聚苯乙烯珠子的小牛胸腺 DNA,分别用 A260 dsDNA 应用(A)和 dsDNA A260 -bg(340) 应用(B)测量。

Unmix:从混合光谱里拆出 DNA 的贡献

DNA 提取产物里经常混着 RNA、蛋白质、缓冲液组分甚至细胞碎片。每种杂质都有自己的吸收特征,会干扰 A260 读数。单看 A260/A280 比值只能粗略判断有没有蛋白污染,看不出具体有多少。

Unmix 应用用专有的解卷积算法分析完整光谱,把 DNA 的吸收贡献从杂质中分离出来,单独定量。常用的有两个应用:

DNA Mamm.

专门针对从组织/血液提取的哺乳动物 DNA。能识别并分离 RNA 杂质的贡献,同时处理苯酚、硫氰酸盐等常见提取试剂残留。

Nucleic Acids (DNA equiv.)

适用于任何来源的 DNA。在蛋白质存在的情况下定量总核酸浓度(以 DNA 当量报告),同时报告 260 nm 和 280 nm 处杂质的吸光度贡献。

两种应用都能处理苯酚-氯仿、DNAzol、TRIzol 提取后常见的缓冲液残留。

实验一:DNA + RNA 混合样品

小牛胸腺 DNA(~100 ng/µL)+ 小牛肝脏 RNA(~50 ng/µL),TE 缓冲液,用 DNA Mamm. 应用测量,4 次重复。

108.4 ± 8.3DNA (ng/µL)

45.8 ± 6.2RNA (ng/µL)

Unmix 成功把 RNA 识别为杂质并单独报告了它的浓度。DNA 浓度(绿色曲线)和 RNA 浓度(蓝色曲线)各自分离,残差(黄色线)表示拟合质量。

DNA Mamm. 应用对 DNA + RNA 混合样品的解卷积光谱。DNA(绿色)和 RNA 杂质(蓝色)分离,插入表格为 4 次重复的平均浓度 ± SD。

实验二:DNA + 蛋白质混合样品

小牛胸腺 DNA(~100 ng/µL)+ 0.1% BSA,TE 缓冲液,用 Nucleic Acids (DNA equiv.) 应用测量,4 次重复。

111.0 ± 1.6DNA equiv. (ng/µL)

0.35Impurities (A260)

0.66Protein (A280)

核酸光谱(紫色曲线)与蛋白杂质光谱(蓝色曲线)分离,280 nm 处的蛋白贡献被单独报告。DNA 当量为 111.0 ± 1.6 ng/µL,投料约 100 ng/µL。

Nucleic Acids (DNA equiv.) 应用对 DNA + 0.1% BSA 混合样品的解卷积光谱。核酸(紫色)与蛋白杂质(蓝色)分离,插入表格为 4 次重复的平均浓度 ± SD。

Lunatic、Qubit 与 PicoGreen:加入杂质后的定量对比

Qubit 和 PicoGreen 都是荧光核酸定量的主流选择,灵敏度高、对 dsDNA 特异性强。但它们有个共同的短板:荧光信号会被样品基质干扰,而且不报告纯度信息。如果样品含有低浓度核酸,还需要更大的样品量才能落在线性范围内。

实验设计

小牛胸腺 DNA 稀释至 ~100 ng/µL(TE 缓冲液,pH 8.0),分别加入以下杂质之一:

无杂质

纯 DNA 对照50 ng/µL RNA

小牛肝脏 RNA400 mM NaCl

高盐干扰2.75 mM EDTA

螯合剂残留

每组 4 次重复。Lunatic 用 DNA Mamm. 应用(High Lunatic plate,水做空白);Qubit 用 dsDNA BR Assay Kit(2 µL 样品);PicoGreen 用 Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit(1 µL 样品)。

含不同杂质的 dsDNA 样品(理论浓度 100 ng/µL,红线)用 Lunatic UV/Vis、Qubit 和 PicoGreen 分别定量。柱高为 4 次重复平均值,误差线为 SD。

关键发现

在无杂质和含 RNA 的样品中,三种方法都接近 100 ng/µL 的理论值。

但含 NaCl 的样品中,Qubit 和 PicoGreen 明显低估了 DNA 浓度。从图上读,Qubit 约 85 ng/µL,PicoGreen 约 78 ng/µL,Lunatic 约 106 ng/µL,仍接近理论值。

含 EDTA 的样品中,三种方法表现相当。

NaCl 是生物样品中最常见的盐之一。所以样品含盐达到 100 mM 以上时,荧光法的读数就可能偏低。

UV/Vis 与荧光法怎么选

荧光法和 UV/Vis 法的取舍取决于样品。荧光法在灵敏度上仍然有优势,适合极低浓度样品。批量定量纯化后的 DNA、同时需要纯度信息时,UV/Vis 全光谱省掉了染料、标准曲线和额外稀释,含盐样品的读数也不会被拉低。

样品不纯时,选 DNA Mamm. 或 Nucleic Acids (DNA equiv.) 应用,把 DNA 的贡献单独拆出来。

References