空气过滤器中DNA提取方法的优化：PrepFiler™法对比QIAamp法在唾液与接触痕沉积样本中的应用

从空气中捕获的环境DNA(eDNA)为法医调查提供了极具前景的新途径，然而痕量样本中DNA的稳定回收高度依赖于优化的采集与提取方案。本研究比较了两种过滤器材料——AirPrep™过滤器与Corncobology H10 HEPA过滤材料，在使用两种提取方法时的DNA回收效率：改良版QIAamp DNA Mini试剂盒方案与PrepFiler™法医DNA提取试剂盒。研究人员将过滤器加载唾液或接触痕DNA沉积样本，并提取四分之一大小的切片以实现过滤器内部的平行比较。研究结果显示，在两种提取方法下，HEPA过滤器从接触痕沉积中回收的DNA总量均持续高于AirPrep过滤器，这可能与两者表面粗糙度的差异影响DNA沉积有关。在唾液沉积样本中，采用QIAamp法提取的HEPA过滤器获得了最高的DNA产量，而Prepfiler法则在两种过滤材料上均表现出更稳定的回收率，尽管总体唾液样本的DNA产量相对较低。这些结果凸显了过滤器的结构与提取化学原理之间存在相互作用，共同影响DNA回收效率；其中HEPA过滤器是一种高效且具有成本优势的载体，而Prepfiler法则为需要实现自动化并最小化污染风险的实验室提供了显著优势。

研究背景与意义

空气中存在的DNA是环境DNA(Environmental DNA, eDNA)的一种重要形式。作为一种新兴的法医痕量DNA分析手段，空气DNA采集技术在传统采样难以获取足量DNA的场景下具有重要应用价值，例如犯罪现场无法定位接触部位，或罪犯通过清洁、戴手套等手段规避DNA转移的情况。然而，针对此类微量样本，优化采集与提取流程以确保DNA的数量与质量至关重要。目前，商用设备如AirPrep Cub Sampler ACD220已被证实可从室内近期活动人员处捕获可检测的人类DNA。该设备使用的AirPrep过滤器由介电聚合物纤维构成，气流经过时可产生电荷以增强对微米及亚微米级颗粒的捕获效率，属于厚度达2 mm的深度过滤器。另一种常用的替代材料是高效空气过滤器(High-Efficiency Particulate Air, HEPA)，其由随机排列的聚丙烯纤维组成，通过扩散、撞击和拦截三种机制捕获颗粒。既往研究表明，HEPA材料虽成本极低（约18澳元/平方米，可制作约290个50 mm直径滤片，而单个AirPrep滤片成本约21澳元），但其对气溶胶DNA的捕获效率略低于AirPrep。此外，当前主流的提取方法如DNAIQ™系统和改良版QIAamp方案各有局限：前者虽支持自动化但回收率有时不足，后者虽回收率较高但在处理大体积样本时操作繁琐且自动化程度有限。因此，弗林德斯大学的研究人员在《Australian Journal of Forensic Sciences》发表论文，旨在评估另一种常用试剂盒PrepFiler™在空气过滤器DNA提取中的表现，并探讨过滤器材质与提取化学之间的交互作用。

关键技术方法

研究人员选取Corncobology H10 HEPA材料与AirPrep过滤器作为实验对象。生物样本来源于单一女性供体，包含唾液沉积与接触痕DNA两种类型。为了消除个体差异带来的变量，研究采用同一供体的唾液进行标准化涂布，并通过对过滤器进行双面揉搓模拟接触痕沉积。关键实验设计在于“同滤器内对照”：每个完整的过滤器被分为四份，其中两份采用改良QIAamp DNA Mini Kit方案（结合QIAshredder柱，洗脱体积30 µL）提取，剩余两份采用PrepFiler™ Forensic DNA Extraction Kit（按说明书操作，洗脱体积50 µL）提取。所有提取产物均使用Quantifiler™ Trio DNA定量试剂盒进行定量分析，检测总DNA量、降解指数(Degradation Index, DI)及内部阳性对照(Internal Positive Control, IPC)值，以此评估PCR抑制情况。统计学分析采用双因素方差分析(Two-way ANOVA)及事后检验。

研究结果

DNA回收率与质量控制

阴性对照均未检出DNA，证实过滤器本身无外源污染。唾液沉积样本的总DNA回收量范围为0.022至2.56 ng。HEPA过滤器配合QIAamp法获得了最高平均产量（2.04 ng），而HEPA配合Prepfiler法产量最低（0.028 ng）。值得注意的是，Prepfiler法的提取结果在不同滤器间表现出更高的一致性，而QIAamp法在处理AirPrep过滤器时变异性极大。所有样本的降解指数均显示为“可能降解”，且IPC值未超过阈值，表明不存在显著的PCR抑制。

过滤器类型对回收量的影响

接触痕沉积样本的DNA回收量范围为0.063至8.02 ng（除一个HEPA样本未检出）。统计分析显示，过滤器类型对DNA总量有显著影响（p = 0.009），HEPA过滤器的平均回收量（2.92 ng）显著高于AirPrep。提取方法本身无显著影响（p = 0.94），两者也无显著交互作用（p = 0.34）。进一步的事后比较发现，仅在使用Prepfiler法提取时，HEPA过滤器的回收量才显著高于AirPrep（p = 0.012）；而在使用QIAamp法时，两者差异不显著（p = 0.21）。

讨论与结论

关于过滤器选择，HEPA过滤器在接触痕样本中表现优于AirPrep，这可能归因于HEPA较薄（0.47 mm）且表面粗糙度利于DNA附着，而AirPrep较厚（2 mm）更利于捕获空气中的悬浮颗粒。本研究中HEPA表现优于既往气溶胶研究结果，可能是因为本研究为直接沉积，而非空气捕获。在提取试剂盒方面，Prepfiler法由于操作步骤较少（3次转移 vs QIAamp的5次转移），减少了样本残留和堵塞的风险，因此结果更稳定。QIAamp法中使用的QIAshredder柱有助于裂解液均质化，可能提高了对致密材料的提取效率。此外，Prepfiler法的裂解缓冲液可能与AirPrep过滤器边缘残留的粘合剂发生反应，从而影响其在AirPrep上的表现，而在无粘合剂的HEPA材料上则表现良好。

综上所述，研究人员得出结论：Corncobology H10 HEPA材料在接触痕DNA回收上优于AirPrep过滤器，且结合QIAamp法在唾液样本中表现最佳。作为一种低成本替代品，HEPA过滤器在空气DNA采集中具有巨大潜力。在实验室实际操作中，若注重防污染与自动化，推荐选用Prepfiler法；若追求特定样本的最高产量且设备有限，QIAamp法仍是可靠选择。未来的研究应进一步验证这两种方法在实际空气采样场景中的应用效果。