1. Центрифуга
Центрифугирование — это термин, используемый для описания метода разделения смесей с использованием вращения и центробежной силы. В процессе центрифугирования можно разделить несколько характеристик частиц, включая размер, форму, плотность и вязкость. Центрифуга — это лабораторный прибор, используемый для разделения жидкостей, газов или жидкостей в зависимости от плотности.
Принцип центрифугирования – это принцип гравитационного осаждения. Ротор центрифуги вращается с высокой скоростью для создания относительно сильной центробежной силы, которая ускоряет осаждение мелких частиц в жидкости, тем самым обеспечивая разделение жидкости и мелких частиц.
В настоящее время центрифуги используются в химии, биологии, биохимии и клинических лабораториях, например, для определения скорости оседания различных клеток крови. Центробежная технология также используется при производстве биологических продуктов и API, а также при биофармацевтическом анализе лекарств и даже используется при отделении молочных сливок (жира), очистке воды и других областях.
2. Компоненты центрифуги
Некоторые общие части центрифуг представлены следующим образом:
01.Мотор
Двигатель — это мощный основной компонент, который генерирует вращение в центрифуге.
02. Ротор в сборе
Приводной вал и ротор составляют узел ротора. Приводной вал обеспечивает поддержку компонентов ротора. Головка ротора соединена с двигателем, который оснащен контейнером для пробирки, содержащей образец, подлежащий центрифугированию. Два ротора разного диаметра могут иметь одинаковую скорость вращения, а разные радиусы и угловой момент будут вызывать разные ускорения таких роторов. Существует три основных типа роторов:
Роторы с фиксированным углом: эти роторы фиксируют пробирку под углом 14–40° к вертикали, позволяя частицам преодолевать короткие расстояния при радиальном движении наружу, и используются для дифференциального центрифугирования. Поскольку направление осаждения совпадает с направлением центробежной силы, осаждение происходит под углом к стенке трубы. Частицы (комки осадка) сталкиваются со стеной, а затем оседают в углах основания и стены.
Поворотный цилиндр/горизонтальный ротор: эти роторы перемещаются в горизонтальное положение вместе с центрифужной пробиркой при ускорении, позволяя частицам перемещаться на большее расстояние, тем самым облегчая разделение супернатанта и осадка для центрифугирования в градиенте плотности.
Вертикальный ротор: удерживая трубку вертикально, то есть параллельно оси двигателя, расстояние, на котором перемещаются частицы, сокращается, а время разделения сокращается. Он используется для разделения изопикников и градиентов плотности.
03.Контейнер
Различные типы контейнеров, такие как пробирки, пакеты для крови, кюветы, центрифужные пробирки и т. д., закрепляются в роторе так, что образец вращается при вращении ротора.
04.Панель управления
Используется для управления различными параметрами, такими как температура, скорость вращения (Rcf или об/мин) и т. д.
05.Защелка
Защелка удерживает крышку закрытой, когда пробирка разбивается или возникают другие проблемы во время работы центрифуги.
06.Обложка
Центрифуга будет вращаться только тогда, когда крышка закрыта и заблокирована, чтобы предотвратить несчастные случаи.
3. Типы центробежных технологий
Существует два типа методов центрифугирования, а именно препаративное центрифугирование и аналитическое центрифугирование. Препаративное центрифугирование включает разделение и очистку таких компонентов, как ткани, клетки, субклеточные структуры, мембранные везикулы и другие биохимически значимые частицы. Напротив, аналитическое центрифугирование выполняется для характеристики очищенных биомолекул.
01. Препаративное центрифугирование
В зависимости от ситуации с суспензией препаративное центрифугирование делится на дифференциальное центрифугирование и центрифугирование в градиенте плотности.
001. Дифференциальное центрифугирование
Он разделяет частицы по форме, размеру и плотности. Суспензии частиц разной плотности или размера будут оседать с разной скоростью, причем более крупные и плотные частицы оседают быстрее. Серия циклов увеличения центробежной силы на клеточную суспензию приведет к образованию серии гранул, содержащих клетки с пониженной скоростью седиментации.
002. Центрифугирование в градиенте плотности
Отдельные частицы в зависимости от их плавучей плотности или скорости осаждения. Образец смеси помещается поверх предварительно сформированного жидкого градиента плотности для связывания ДНК и разделения плазмид, нуклеопротеинов и вирусов; Набр и Най используются для фракционирования липопротеинов; Перколл, фиколл, метризамид, декстран используются для разделения целых клеток, раствор сахарозы используется для выделения ДНК, РНКазы и протеазы.
Центрифугирование в градиенте плотности делится на скоростное зональное центрифугирование и изопикническое центрифугирование.
Зональное центрифугирование по скорости: образец покрыт небольшой областью в верхней части градиента плотности. В зависимости от массы частицы движутся с разной скоростью под действием центробежной силы. Размер и масса являются основными факторами, определяющими скорость осаждения частиц. По мере того, как полоса частиц опускается в плотную среду, образуются области частиц сопоставимого размера, поскольку более быстро оседающие частицы проходят мимо более медленных частиц.
Изопикническое центрифугирование. При изопикническом разделении (также называемом плавучим разделением или равновесным разделением) частицы разделяются исключительно на основе их плотности. Градиентная среда должна иметь более высокую плотность, чем частицы, которые необходимо разделить. Частицы мигрируют под действием центробежной силы и градиента плотности однородно перемешанного образца до тех пор, пока их плотность не станет равной плотности окружающей среды. После центрифугирования частицы определенной плотности оседают до тех пор, пока их плотность не станет равной плотности градиентной среды (т. е. положения равновесия).
02.Аналитическое центрифугирование
Целью аналитического центрифугирования является сбор информации для характеристики вращающихся образцов (скорость седиментации, вязкость, концентрация и т. д.), определение относительной молекулярной массы растворенных веществ, чистоты биомолекул, обнаружение конформационных изменений в структуре белка и т. д.
4.Типы центрифуг
Целью аналитического центрифугирования является сбор информации для характеристики вращающихся образцов (скорость седиментации, вязкость, концентрация и т. д.), определение относительной молекулярной массы растворенных веществ, чистоты биомолекул, обнаружение конформационных изменений в структуре белка и т. д.
01. Настольная или настольная центрифуга
Благодаря меньшему размеру они очень удобны для небольших лабораторий с ограниченным пространством.
Они компактны и часто используются в исследовательских и клинических лабораториях.
Настольная центрифуга с крышкой, закрывающей оборудование, используемое для работы центрифуги, и ротор со штативами для пробирок
02. Газовая центрифуга
Они используются для разделения молекул по массе и газов на основе изотопов.
В частности, они используются при добыче и разделении урана-235 и урана-238.
03. Гематокритная центрифуга
Гематокритные центрифуги работают на скоростях от 7000 до 15000 об/мин.
Основная цель гематокритной центрифуги — рассчитать объемный процент эритроцитов в крови. Его используют для получения плазмы для фотометрического анализа концентрации билирубина в крови новорожденных.
04. Микроцентрифуга
Благодаря очень компактному форм-фактору они занимают очень небольшую площадь и занимают минимум места на вашей рабочей станции.
Они хорошо работают с небольшими пробирками (до 2,0 мл) и часто используются в биологических целях.
Они используются для микрофильтрации небольших количеств проб воды и удержания осажденных нуклеиновых кислот, белков и других материалов в растворе.
05. Охлаждаемая центрифуга
Эти центрифуги работают на максимальной скорости, поддерживая постоянную температуру.
Он используется для анализа ДНК, РНК, ПЦР и антител, поскольку его температурный диапазон составляет от -20 до -40 градусов Цельсия.
Их часто используют для быстрого сбора осажденных материалов, включая дрожжевые клетки, хлоропласты и т. д.
06. Высокоскоростная центрифуга
Высокоскоростная центрифуга — это немного более быстрая центрифуга со скоростью от 15 000 до 30 000 об/мин.
Высокоскоростные центрифуги содержат устройство, которое регулирует температуру и рабочую скорость и используются для критического анализа мелких биомолекул.
В этих центрифугах используются три типа роторов: роторы с фиксированным углом, бакетные роторы и вертикальные роторы.
07. Низкоскоростная центрифуга
Они обычно используются в лабораториях для повседневной сортировки частиц, работающих при максимальной скорости 4000-5000 об/мин.
Регулировка температуры встречается редко и обычно работает при комнатной температуре.
Эти центрифуги доступны с ковшовыми и угловыми роторами.
08. Центрифуга непрерывного потока
Он может центрифугировать большие объемы образцов, не влияя на скорость седиментации.
Они также имеют большую емкость и экономят время, устраняя необходимость многократной загрузки и выгрузки образцов, как это делают стандартные центрифуги.
09. Ультрацентрифуга
Ультрацентрифуга — это высокоразвитая и сложная центрифуга, которая может разделять крошечные молекулы, которые невозможно быстро разделить с помощью обычных центрифуг.
Диапазон скоростей ротора ультрацентрифуги от 60 000 до 150 000 об/мин.
Они отбирают пробы как сгруппированные или непрерывные системы потока, так и в больших масштабах.
010. Препаративная ультрацентрифуга
Препаративные ультрацентрифуги — это центрифуги, используемые для разделения частиц в экспериментах путем центрифугирования.
При подготовке ультрацентрифуги к работе содержимое пробирки
Проверяется после процесса центрифугирования, в отличие от центрифуги, используемой для анализа, где содержимое проверяется во время процесса центрифугирования.
011. Аналитическая ультрацентрифуга
Аналитические центрифуги — это ультрацентрифуги, используемые для исследования различных частиц в образце.
Он используется для качественного исследования макромолекул в растворе.
Они оснащены сенсорными устройствами, которые отслеживают вращение и движение ингредиентов в реальном времени для расчета коэффициентов седиментации.
5. Преимущества и ограничения центрифуг.
01.Преимущество
-Закрытая операция, аккуратный внешний вид
-Быстрый запуск и выключение
-Может быть легко автоматизирован и работать непрерывно, если это необходимо
-Низкое соотношение капитальных затрат к мощности
-Быстрая настройка рабочих параметров
-Высокая гибкость и выдающаяся производительность
-Простое управление и простая установка
02.Ограничения
-Выделить легкие частицы (с почти ничтожной массой) очень сложно.
-Хотя существует много типов центрифуг, они представляют собой очень сложное электрическое оборудование, которое требует профессионального ремонта в случае неисправности, что делает оборудование чрезвычайно сложным и дорогим в обслуживании.
-Высокое энергопотребление, поскольку оно имеет множество энергоемких функций, таких как контроль температуры и вращение ротора.
-Из-за высокой скорости в минуту центрифуги могут создавать шумовые помехи. Поскольку он вращается, он неизбежно создает вибрации, которые могут вызвать шумовое загрязнение и
-Препятствовать его использованию в некоторых областях.
-В большинстве случаев при выходе из строя основного устройства требуется резервная машина.
6. Порядок работы центрифуги и меры предосторожности.
01.Рабочие процедуры
001. Проверьте центрифугу, чтобы убедиться, что она работает правильно, исправна и может перемещаться без ограничений.
002. После выбора подходящих центрифужных пробирок или контейнеров осмотрите их, чтобы убедиться в отсутствии дефектов или трещин. Любые поврежденные или дефектные пробирки или контейнеры следует выбросить.
003. Заполните тюбик предпочитаемой жидкостью, не переполняйте и не недоливайте.
004. Проверьте баланс центрифужных пробирок; Взвесьте каждую трубку по отдельности на весах, чтобы убедиться, что они имеют одинаковый вес. Не полагайтесь только на объем для баланса! Это особенно актуально для растворов, содержащих образцы разных типов или концентрации образцов.
005. Затяните крышку центрифужной пробирки.
006. Прежде чем вставлять центрифужную пробирку, убедитесь, что ее внешняя поверхность сухая и чистая.
007. Держите пробирки в центрифуге сбалансированными.
008. Закройте крышку и убедитесь, что она плотно прилегает.
009. Настройте время и скорость работы.
0010. Не покидайте устройство, когда кажется, что центрифуга работает и работает на максимальной скорости. Проверьте, нет ли необычных вибраций или шумов.
0011. Как только вы услышите странные звуки или почувствуете сильную вибрацию, немедленно выключите центрифугу и удалите образец. Типичная причина этого — неправильно сбалансированная центрифуга. Если проблема не исчезла после правильной балансировки центрифуги, не используйте центрифугу до тех пор, пока она не будет отремонтирована.
0012. После завершения работы центрифуги подождите, пока она перестанет вращаться, прежде чем открывать крышку. Никогда не прикасайтесь и не открывайте крышку центрифуги, пока центрифуга не перестанет вращаться. Преждевременная остановка оборудования может привести к механической поломке и травмам.
0013. Чтобы позволить аэрозолям, выделяющимся во время центрифугирования, осесть, лучше всего подождать не менее 10 минут после остановки вращения, прежде чем открывать крышку.
0014. Как только центрифуга перестанет вращаться, извлеките образец из центрифуги.
02.Меры предосторожности
-Перед началом работы всегда проверяйте, что центрифуга находится на подходящей поверхности.
-Держите крышку закрытой во время работы ротора.
-Когда центрифуга трясется или вибрирует, отключите вилку питания.
-Перед использованием убедитесь, что трубка подходит для программы и настроек. Пробирки, используемые в центрифугах, должны поставляться в полных комплектах.
-Трубы должны нагружаться симметрично, используя сбалансированные смежные и противоположные нагрузки. -Используйте массу вместо объема для балансировки трубок