为什么要进行核酸提取？
核酸分子的获取（核酸提取）是核酸分子检测必不可少的前处理步骤，而且从复杂的生物样本中分离出高纯度的核酸是确保高灵敏、高精确度检测的关键。
现今并非所有的核酸检测方法都需要从原始样品中提取核酸，但如果不对核酸进行提取和纯化而采取直接检测，样品中的杂质可能会影响检测结果的准确性。例如，如果某病毒样品中存在过多的RNA酶等杂质，可能会使得病毒RNA发生降解，而导致检测失败，此外，杂质还可能与检测试剂发生非特异性反应，干扰检测过程，降低检测敏感度等问题，甚至可能造成假阳性或假阴性结果。
因此，为了实现目标物的精准检测，核酸提取是至关重要的实验步骤。
核酸提取的基本原理
除了病毒等少数生物之外，所有的生物体都是由细胞构成的。细胞是生物体的结构和功能的基本单位。
细胞虽然十分微小，但它结构却复杂而精巧，可以说细胞是自然界中最复杂但精密的微型工厂。这些细胞看似千差万别，却仍然有着相似的基本结构，包括细胞膜，细胞质、细胞核等。（人成熟的红细胞中无细胞核，呈双凹盘状，如此可增加其表面积，使物质更容易通过其细胞膜，便于气体的运输。）
核酸是复杂的生物大分子，通常位于细胞核内，并与各种蛋白质结合在一起。
因此，为了获得高质量的核酸分子，需要将细胞进行裂解以释放核酸分子（裂解），并需要利用核酸与蛋白质等其他分子理化性质的差异，从混杂的溶液中将核酸分子分离出来（分离纯化）。
简单地讲，核酸提取过程主要包括两个关键步骤：样品的裂解和核酸的纯化。在裂解步骤中，通过特定的方法使样品中的核酸从其原始结构中释放出来，并游离于裂解液体系中。随后，在纯化步骤中，将核酸与裂解体系中的其他成分，包括蛋白质、盐类和其他杂质，彻底分离开来，从而获得高纯度的核酸。
样品的裂解
核酸提取的第一步是样品裂解，其目的是为了让核酸分子与其它生物大分子如蛋白质、脂质、多糖链等从细胞中释放出来。这一过程通常通过机械破坏、化学作用、酶催化反应三种方法的一种或组合实现。
经典的裂解液几乎都含有去污剂（如SDS、Tween 20等）和盐（如Tris、 EDTA、NaCl等）。
去污剂的主要作用是通过使蛋白质变性，破坏膜结构及解开与核酸相连接的蛋白质，从而实现核酸游离在裂解体系中。裂解体系中一般会加入蛋白酶，利用蛋白酶将蛋白质消化成小的片段，促进核酸与蛋白质的分开，同时，也便于后面的纯化操作以及获得更纯的核酸。也有方法直接采用高浓度的蛋白质变性剂（如GIT、GuHCl等）进行裂解，这种技术已成为RNA提取的主流方法，然而在基因组DNA提取方面，它并未成为主流技术。
盐的主要作用除了提供一个合适的裂解环境（如Tris），还包括抑制样品中的核酸酶在裂解过程中对核酸的破坏（如EDTA）、维持核酸结构的稳定（如NaCl）等。
核酸的纯化
经过裂解之后，样品中通常包含多种生物分子，为了获得高纯度的核酸，必须对其进行进一步的纯化处理。
核酸的高电荷磷酸骨架结构，决定了核酸比蛋白质、多糖、脂肪等其它生物大分子物质更具亲水性，根据组织中各种成分的理化性质不同，来分离组织中的各种多余成分，利用选择性沉淀等方法可以将核酸进行分离与纯化。
常见的纯化方法包括酚氯仿法、盐析法、玻璃珠法、硅胶膜离心柱法、磁珠法等。
DNA提取和RNA提取
DNA提取
DNA的提取方法有多种，市场上常用的方法包括磁珠法、硅胶膜离心柱法等。
1、磁珠法（磁性纳米颗粒吸附法）
基本原理是利用表面标记了一种官能团的纳米级磁性微珠（磁珠），官能团能与核酸吸附，但不会与蛋白质等杂质吸附，同时，磁珠可以在外部磁场的作用下聚集和分散，完成混合、移液、清洗步骤，从而实现将核酸与杂质分离的目的，之后将核酸物质从洗脱液中释放，最终完成核酸的提取。
具体而言：
磁珠（即磁性纳米颗粒）通常以表面富含带正电荷化学基团的FeSO2或Fe3SO4制备。
在经过裂解的混合液中加入磁珠，当液体环境为偏酸性(PH5.0)时，游离的DNA分子被吸附到磁珠上。
此时利用磁场将磁珠固定，将磁珠与液体分离而弃除杂质，同时反复洗涤多次，可除去磁珠表面附着的其他物质。
在洗涤后的磁珠中加入偏碱性(PH8.0)的TE缓冲液(Tris-EDTA buffer solution)或磷酸缓冲液(Phosphate Buffer，PB)中，即可将磁珠与DNA分离，从而得到纯化的基因组DNA溶液。
图片来源：https://mpbio.biomart.cn/news/2976394.htm
2、硅胶膜离心柱法
基本原理是利用一种特殊的玻璃纤维膜（硅胶膜），该膜在高盐条件下能与核酸发生吸附反应，而蛋白质等杂质则不被吸附，从而去除蛋白质等杂质；在低盐条件下与核酸发生解离反应，从而获得分离的DNA。
即样品中的DNA可以特异性结合到硅胶膜上，通过洗涤可以将PCR抑制剂，如：二价阳离子和蛋白质，完全去除，最后结合在离心柱上的纯核酸可用水或试剂盒中的缓冲液进行洗脱收集。
操作流程，以Qiagen某试剂盒（QIAamp DNA Blood Mini Kit）操作流程为例：
蛋白酶(或者蛋白酶K/ProteaseK)：消化缠绕在DNA上的组蛋白等蛋白质杂质，从而释放出纯净的DNA分子。
BufferAL：含有高浓度的盐酸胍的裂解液，专门用于裂解白细胞和红细胞。盐酸胍是一种强效的蛋白变性剂，可以使缠绕在DNA上的蛋白变性，从而将纯的DNA释放出来。同时提供高盐离子环境，促使DNA特异性吸附到硅胶膜上。
乙醇：加乙醇的目的是破坏溶液中的DNA分子表面的水化层，有利于DNA吸附到硅胶膜上。
Buffer AW1：含有高浓度的盐酸胍和氯化钠，洗掉硅胶膜上非特异性结合的蛋白。
Buffer AW2：成分基本是Tris-Hcl、水和乙醇，作用是洗掉硅胶膜上残留的盐酸胍、氯化钠等盐离子。
Buffer AE：成分是10mM Tris-HCL（pH9.0）与1mM EDTA，作用是将硅胶膜上吸附的DNA洗脱下来。
注意，在DNA提取过程中应做到：
1，根据不同研究需要，保证结构的相应完整性；
2，尽量排除其它大分子成分的污染（蛋白质、多糖及RNA等）；
3，保证提取样品中不含对酶有抑制作用的有机溶剂及高浓度的金属离子。
RNA提取
RNA提取的条件相比DNA更为严格。由于RNA的自身结构和能水解RNA磷酸二酯键的酶（RNA酶/RNase）的存在，使得RNA极易降解。
RNA酶/RNase是造成RNA降解的主要因素，广泛存在人的皮肤和环境中。这些酶极为稳定，传统的高温高压灭菌方法以及蛋白质抑制剂并不能完全灭活所有的RNA酶，因此在RNA提取过程中需要采取更为严格的措施以确保RNA的完整性。
经高压灭菌的一次性使用的塑料制品如试管和离心管等基本上无RNase，可以不经预处理直接用于制备和贮存RNA。实验室用的普通玻璃器皿经常有RNase污染，使用前必须于180℃干烤8h以上，或用0.1%焦炭酸二乙酯（DEPC）的水溶液浸泡用于制备RNA的烧杯、试管和其他用品。DEPC是RNase的强烈抑制剂。同时需要注意的是：DEPC具有致癌性，操作时必须小心。
常用的RNA提取方法，包括TRIzol试剂、苯酚、异硫氰酸胍-酚法等。
1、TRIzol试剂：是直接从细胞或组织中提取总RNA的试剂。它的主要成分为苯酚和异硫氰酸胍，能迅速破碎细胞并抑制核酸酶，保持RNA的完整性。在样品裂解或匀浆过程中，Trizol能保持RNA的完整性。加入氯仿后离心，样品分成水样层和有机层。RNA存在于水样层中。收集上面的水样层后，RNA可以通过异丙醇沉淀来还原。
2、苯酚法：将细胞置于含有十二烷基磺酸钠（Sodium dodecyl sulfate，SDS）的缓冲液中，加等体积水饱和酚，通过剧裂振荡，然后离心形成上层水相和下层酚相，核酸溶于水相。
3、异硫氰酸胍-酚法：通过异硫氰酸胍与β-疏基乙醇共同作用抑制RNase的活性。异硫氰酸胍与十二烷基肌氨酸钠作用使蛋白变性，释放RNA，在酸性条件下，DNA同蛋白质一起离心下来，RNA溶在上清中，该方法提取RNA纯度高，完整性好，适合纯化mRNA，逆转录和文库构建。
此外，市面上还提供多种RNA提取试剂盒，例如RNA plant plus植物总RNA提取试剂盒（TIANGEN）、总RNA提取试剂盒（Qiagen）以及总RNA提取试剂盒（Promega）。这些试剂盒操作简便、提取快速且效率高，均能提供令人满意的结果，为研究者们提供了便捷的RNA提取解决方案。
