NIPT的检测流程通常涵盖以下步骤：（1）血液样本的采集与保存；（2）血浆分离，即血液样本的前处理，从全血样本中分离得到上层血浆；（3）DNA提取，即从血浆中提取核酸；（4）文库构建，通常遵循全基因组文库的构建流程；（5）文库质控，确保文库的可靠性；（6）Pooling，即将不同的DNA文库按照一定的规则进行混合；（7）上机测序，即将混合后的pooling文库进行测序操作，从而降低测序成本，提高测序通量；（8）生物信息学分析，即对测序结果进行数据分析。这一系列精确而有序的操作确保了检测的准确性和高效性。

在实验室常规处理流程中，主要包括以下几个环节：血浆分离、DNA提取、文库构建、文库质控、Pooling，随后是上机测序和生物信息学分析。在这些环节中，上机测序前的步骤通常被统称为“湿实验”，这些环节对自动化的需求尤为迫切。

血浆分离

血浆，作为抗凝全血经过离心后获得的上层清液，富含纤维蛋白原及其他凝血因子。由于其保留了血液成分的原始状态，并且产量优于血清，血浆在血液成分检测领域得到了广泛应用。这一特性使得血浆成为临床诊断和研究中的重要样本类型。

为了进行血浆中游离核酸的测序，所需的血浆必须高度纯净，避免母体基因组DNA的干扰。因此，在血浆分离过程中，必须严格避免接触白膜层。同时，为了确保实验的顺利进行，所需的血浆量相对较大，通常需达到500μL-1mL以上（因此，在血浆分离和提取阶段，操作通常采用离心管进行。而到了文库构建环节，由于所需体系体积较小，PCR管成为更合适的选择。这一转换过程，从大体积离心管到小体积PCR管的操作，可能会为实验人员带来一定的操作不便）。

一般推荐的血浆分离方法是两步离心法。孕妇外周血在4℃条件下进行1600×

分离完的血浆样本可在-20℃暂存1周，应避免反复冻融，可在-70℃以下长期保存。此步骤操作应双人复核标本信息。正常血浆呈透亮的黄色或淡黄色，无明显溶血；如有严重溶血或颜色异常等情形，须登记注明标本状态并重新采血。

痛点分析

在血浆分离过程中，为确保游离核酸测序结果的精确性，必须获得高度纯净的血浆，避免母体基因组DNA的污染。这一过程要求操作人员极为细心，严格避免触及白膜层，这是一项对技术熟练度有较高要求的专业操作，对于初学者而言，具有一定的挑战性。

自动化解决方案

在当前自动化血液样本组分分装领域，已知的有Hamilton EasyBlood高分辨成像血液分装系统，它专长于对离心后的全血样本进行血浆和白膜层的自动识别与分装。此外，Hamilton EasyBlood系统具备与自动化开盖机和二维码阅读模块（Hamilton LabElite IDCapper）的无缝整合能力，能够实现血液样本管条码识别、分层界面识别、吸取、分装、留样以及开关盖等操作的全面自动化。

这款设备我尚未亲自体验，非常欢迎那些已经使用过的朋友们留下您的宝贵意见，分享您的使用体验。

在处理大批量样本时，人工开启样本管盖的操作不仅繁琐，而且极为耗时。因此，采用自动化仪器进行样本管的自动开盖，能够显著提升工作效率，成为更为理想的选择。另外，自动化操作流程中，将血浆直接分装至深孔板，可简化后续的提取步骤，提高实验操作的便捷性和效率。尽管如此，剩余的样本仍需分装至EP管中，以便进行妥善保存。

DNA提取

DNA提取技术多样化，在市场上广泛应用的提取方法主要有磁珠法、硅胶膜离心柱法等。其中，磁珠法在核酸提取过程中表现出较高的自动化兼容性，使得操作更加便捷和高效。

正如新型冠状病毒肺炎诊疗中新型冠状病毒核酸检测通量高、时效性要求高的特点，对核酸提取技术提出了新的要求——高效、便捷、大通量，原有的手工提取核酸的方法，已经很难满足大规模、高通量的实验要求，在这种背景下，自动化核酸提取应运而生。

磁珠法自动核酸提取技术已达到高度成熟，根据移液特点主要分为磁棒法和移液法两种类型，前者转移的是磁珠，后者转移的是液体。

磁棒法自动核酸提取仪相对应用较多。以ThermoFisher KingFisher Flex系统为例，该设备利用特质的一次性磁套和磁棒进行操作，每批次能够高效处理24至96个样本。

操作流程包括将样本与功能化磁珠及试剂混合后，均匀分配至板孔中。在启动运行时，系统会自动装载磁套。仪器通过磁力作用从溶液中捕获磁珠，随后将其精准释放至含有下一步分离所需试剂的板孔内。这种磁珠的收集与转移机制，确保了洗涤过程的高效性、洗脱步骤的快速性以及整个处理流程的顺畅性。

相对于移液法，磁棒法的优点在于：（1）每一步的液体不会残留，因为磁棒只带走磁珠，然后转移到下一个步骤相应的反应孔中；（2）其编程简单，易维护，机器设备成本更低。

缺点就是不能将手动法磁珠提取试剂直接拿来使用，而需要根据机器特点优化试剂操作。

移液法自动核酸提取仪主要通过移液工作站来实现，如Beckman, Tecan, Hamilton等设备，它利用移液器精确转移液体，以完成核酸的分离与纯化。

相较于磁棒法，移液法的优势体现在：（1）移液过程中有效避免了液体滴落导至的交叉污染；（2）兼容多种磁珠法核酸提取试剂，几乎所有适用于手工操作的试剂均可在该类设备上使用。

然而，这种技术也存在一些不足之处：（1）容易在设备中残留废液，残留的洗涤液中的盐分和乙醇/异丙醇可能会影响后续的洗脱效率和PCR反应的成功率；（2）操作时间相对较长；（3）需要专业的编程和维护，导至设备成本较高，同时移液法在操作过程中消耗大量吸头，使得耗材成本也随之增加。

不同的操作流程可能因所选平台而异，如某些平台采用无需PCR扩增的建库技术。细究这些步骤，它们本质上是由移液、混合、磁珠分离、温度控制等基本实验操作组成。这些操作的标准化也使得它们能够通过自动化仪器高效地执行。

目前，文库构建的自动化技术已达到较高水平，例如华大智造已推出了多款设备。鉴于NIPT通常需要较高的通量，MGISP-960在这一应用场景中显得尤为适合。在接下来的文章中，我们将对这款设备进行详细解析，敬请各位读者关注。

文库质控

质控步骤虽不至复杂，但对于后续的上机测序而言，却是不可或缺的一环。因此，在NIPT的全流程自动化设计中，有必要将质控自动化纳入考量，以确保整个流程的高效与精准。

文库质控主要分为两个层面：质量评估和浓度测定。质量评估着重于检查文库片段的大小分布以及是否存在任何杂峰，这一步骤通常借助Agilent 2100、Qsep 100等设备来完成。而浓度测定主要是确定文库的浓度，主要通过Qubit 3.0/4.0定量检测仪或荧光定量PCR（QPCR）来实现。

目前，市场上已经涌现出多款质控模块。在即将发表的模块分析系列文章中，我们将深入剖析各品牌的自动化质控模块，以及它们在不同应用场景中的适用性。

Pooling

Pooling是将不同的DNA文库按照一定规则进行混合，其目的是为了将混合后的文库进行测序。这种方法不仅能有效降低测序成本，还能显著提升测序的通量。

常见的移液工作站，如Beckman、Tecan、Hamilton等品牌设备，均能执行Pooling操作。然而，需要注意的是，对于那些不需要进行PCR扩增的文库，在Pooling过程中所涉及转移的体积往往较小，这就对移液的精度提出了更高的要求，尤其是当移液体积小于1μL时。

总结

通过血浆分离、DNA提取、文库构建、文库质控、Pooling等一系列步骤的紧密配合，我们便能够完成NIPT上机测序前的流程。更进一步，我们还可以将上机测序、生信分析步骤整合其中，从而实现从样本处理到数据获取的全流程自动化。

我们可通过多种策略来实现NIPT全流程的自动化：

一、通过为每个流程配备专用仪器，并采用手工转移样本与耗材的方式，得以实现全流程的自动化操作。

二、用一台单一设备覆盖上机测序前所有流程，如安诺优达ANNOSTAR自动加样系统（注册号：浙械注准20202220056），后续上机测序步骤可由人工操作或借助协作机械臂自动执行。

三、借助自动化设备与机械臂的精准协同作业，使得样本与耗材在不同工位间的流转顺畅自如，确保整个操作流程的连贯和高效（华大基因）。

参考资料：

[1]华大基因：无创产前基因检测NIPT行业分析报告.

[2]孕妇外周血胎儿游离DNA产前筛查实验室技术专家共识.