1.Centrifuga
Centrifugazione è il termine usato per descrivere il metodo di separazione delle miscele utilizzando la rotazione e la forza centrifuga. Durante il processo di centrifugazione, è possibile separare diverse caratteristiche delle particelle, tra cui dimensione, forma, densità e viscosità. Una centrifuga è uno strumento da laboratorio utilizzato per separare fluidi, gas o liquidi in base alla densità.
Il principio della centrifugazione è il principio della sedimentazione per gravità. Il rotore della centrifuga viene ruotato ad alta velocità per generare una forza centrifuga relativamente forte, che accelera la sedimentazione delle particelle fini nel liquido, ottenendo così la separazione del liquido e delle particelle fini.
Attualmente, le centrifughe vengono utilizzate in chimica, biologia, biochimica e laboratori clinici, ad esempio per testare la velocità di sedimentazione di varie cellule del sangue. La tecnologia centrifuga viene utilizzata anche nella produzione di prodotti biologici e Apis, nonché nell'analisi biofarmaceutica di farmaci, e viene utilizzata anche nella separazione della panna (grasso), nel trattamento delle acque e in altri campi.
2.Componenti della centrifuga
Alcune parti comuni delle centrifughe vengono introdotte come segue:
01.Motore
Il motore è il potente componente centrale che genera la rotazione in una centrifuga.
02.Assemblaggio rotore
L'albero motore e il rotore costituiscono il gruppo rotore. L'albero motore fornisce supporto per i componenti del rotore. La testa del rotore è collegata ad un motore, che è dotato di un contenitore per contenere la provetta contenente il campione da centrifugare. Due rotori di diametro diverso possono avere la stessa velocità di rotazione e raggi e momento angolare diversi causeranno accelerazioni diverse di tali rotori. Esistono tre tipi principali di rotori:
Rotori ad angolo fisso: questi rotori fissano il tubo con un angolo di 14°~40° rispetto alla verticale, consentendo alle particelle di percorrere brevi distanze mentre si muovono radialmente verso l'esterno e vengono utilizzati per la centrifugazione differenziale. Poiché la direzione della sedimentazione è la stessa della forza centrifuga, la sedimentazione avviene ad angolo sulla parete del tubo. Le particelle (grumi di sedimenti) entrano in collisione con il muro e poi si depositano agli angoli della base e del muro.
Cilindro oscillante/rotore orizzontale: questi rotori oscillano in una posizione orizzontale insieme al tubo della centrifuga durante l'accelerazione, consentendo alle particelle di spostarsi per una distanza maggiore, facilitando così una più facile separazione del surnatante e del pellet per la centrifugazione in gradiente di densità.
Rotore verticale: tenendo il tubo verticalmente, cioè parallelo all'asse del motore, la distanza in cui si muovono le particelle è più breve e il tempo di separazione è più breve. Viene utilizzato per la separazione isopicnica e del gradiente di densità.
03.Contenitore
Vari tipi di contenitori, come provette, sacche per sangue, cuvette, provette da centrifuga, ecc., sono fissati nel rotore in modo che il campione ruoti mentre ruota il rotore.
04.Pannello di controllo
Utilizzato per controllare diversi parametri, come temperatura, velocità di rotazione (Rcf o Rpm), ecc.
05.Chiusura
Il fermo mantiene il coperchio chiuso quando una provetta si rompe o si verificano altri problemi durante il funzionamento della centrifuga.
06.Copertina
La centrifuga girerà solo quando il coperchio è chiuso e bloccato per evitare incidenti.
3. Tipi di tecnologia centrifuga
Esistono due tipi di tecniche di centrifugazione: la centrifugazione preparativa e la centrifugazione analitica. La centrifugazione preparativa prevede la separazione e la purificazione di componenti quali tessuti, cellule, strutture subcellulari, vescicole di membrana e altre particelle biochimicamente rilevanti. Al contrario, la centrifugazione analitica viene eseguita per caratterizzare le biomolecole purificate.
01.Centrifugazione preparatoria
A seconda della situazione di sospensione, la centrifugazione preparativa è divisa in centrifugazione differenziale e centrifugazione a gradiente di densità.
001. Centrifugazione differenziale
Separa le particelle in base a forma, dimensione e densità. Le sospensioni di particelle con densità o dimensioni diverse si depositeranno a velocità diverse, mentre le particelle più grandi e più dense si depositeranno più velocemente. Una serie di cicli di forza centrifuga crescente su una sospensione cellulare produrrà una serie di pellet contenenti cellule con tassi di sedimentazione ridotti.
002. Centrifugazione a gradiente di densità
Separare le particelle in base alla loro densità di galleggiamento o alla velocità di sedimentazione. La miscela del campione viene posizionata sopra un gradiente di densità del liquido preformato per il bendaggio del DNA e la separazione di plasmidi, nucleoproteine e virus; Nabr e Nai vengono utilizzati per il frazionamento delle lipoproteine; Percoll, Ficoll, Metrizamide, Destrano vengono utilizzati per la separazione delle cellule intere, la soluzione di saccarosio viene utilizzata per isolare Dnasi, Rnasi e proteasi.
La centrifugazione a gradiente di densità è divisa in centrifugazione zonale e centrifugazione isopicnica.
Velocità della centrifugazione zonale: il campione è coperto come una piccola area nella parte superiore del gradiente di densità. A seconda della loro massa, le particelle viaggiano a velocità diverse a causa della forza centrifuga. Dimensioni e massa sono i principali determinanti della velocità di sedimentazione delle particelle. Quando una banda di particelle discende in un mezzo denso, si formano regioni di particelle di dimensioni comparabili mentre le particelle che sedimentano più velocemente superano le particelle più lente.
Centrifugazione isopicnica: nella separazione isopicnica (chiamata anche separazione di galleggiamento o separazione di equilibrio), le particelle vengono separate esclusivamente in base alla loro densità. Il mezzo gradiente deve avere una densità maggiore rispetto alle particelle che devono essere separate. Le particelle migrano sotto l'influenza della forza centrifuga e del gradiente di densità del campione omogeneo fino a quando la loro densità diventa uguale a quella del mezzo circostante. Dopo la centrifugazione, le particelle di una certa densità si depositano finché la loro densità non è uguale alla densità del mezzo gradiente (vale a dire, la posizione di equilibrio).
02.Centrifugazione analitica
Lo scopo della centrifugazione analitica è raccogliere informazioni per caratterizzare campioni rotanti (velocità di sedimentazione, viscosità, concentrazione, ecc.), determinare il peso molecolare relativo dei soluti, la purezza delle biomolecole, rilevare cambiamenti conformazionali nella struttura delle proteine, ecc.
4.Tipi di centrifughe
Lo scopo della centrifugazione analitica è raccogliere informazioni per caratterizzare campioni rotanti (velocità di sedimentazione, viscosità, concentrazione, ecc.), determinare il peso molecolare relativo dei soluti, la purezza delle biomolecole, rilevare cambiamenti conformazionali nella struttura delle proteine, ecc.
01. Centrifuga da tavolo o da tavolo
Grazie alle loro dimensioni ridotte, sono molto convenienti per i piccoli laboratori con spazio limitato
Sono compatti e spesso utilizzati nei laboratori clinici e di ricerca
Centrifuga da banco con coperchio che copre l'attrezzatura utilizzata per far funzionare la centrifuga e un rotore con rack per provette
02. Centrifuga a gas
Sono utilizzati per separare le molecole in base alla massa e i gas in base agli isotopi
Nello specifico, vengono utilizzati nell'estrazione e nella separazione dell'uranio-235 e dell'uranio-238
03. Centrifuga per ematocrito
Le centrifughe per ematocrito funzionano a velocità da 7.000 a 15.000 giri al minuto
Lo scopo principale di una centrifuga per ematocrito è calcolare la percentuale in volume di globuli rossi nel sangue. Viene utilizzato per produrre plasma per l'analisi fotometrica della concentrazione di bilirubina nel sangue neonatale
04. Microcentrifuga
Grazie al loro fattore di forma estremamente compatto, hanno un ingombro molto ridotto e occupano uno spazio minimo sulla workstation
Funzionano bene con tubi piccoli (fino a 2,0 ml) e sono spesso utilizzati in applicazioni biologiche
Sono utilizzati per microfiltrare piccole quantità di campioni di acqua e trattenere acidi nucleici precipitati, proteine e altri materiali in soluzione
05. Centrifuga refrigerata
Queste centrifughe funzionano alla massima velocità mantenendo una temperatura costante
Viene utilizzato per analizzare DNA, RNA, PCR e anticorpi poiché il suo intervallo di temperatura è compreso tra -20 e -40 gradi Celsius
Sono spesso utilizzati per raccogliere rapidamente materiali precipitati, comprese cellule di lievito, cloroplasti, ecc.
06. Centrifuga ad alta velocità
Una centrifuga ad alta velocità è una centrifuga leggermente più veloce, con un range compreso tra 15.000 e 30.000 giri al minuto.
Le centrifughe ad alta velocità contengono un dispositivo che regola la temperatura e la velocità operativa e vengono utilizzate per analisi critiche di biomolecole fini.
Queste centrifughe utilizzano tre tipi di rotori: rotori ad angolo fisso, rotori a cestello e rotori verticali
07. Centrifuga a bassa velocità
Questi vengono generalmente utilizzati nei laboratori per la selezione di routine delle particelle che operano a una velocità massima di 4.000-5.000 giri/min.
La regolazione della temperatura è rara e di solito funziona a temperatura ambiente
Queste centrifughe sono disponibili nei tipi a secchiello e con rotore ad angolo fisso
08. Centrifuga a flusso continuo
Può centrifugare grandi quantità di campioni senza influenzare la velocità di sedimentazione
Hanno anche una capacità maggiore e fanno risparmiare tempo eliminando la necessità di caricare e scaricare ripetutamente i campioni come le centrifughe standard
09. Ultracentrifuga
Un'ultracentrifuga è una centrifuga altamente sviluppata e sofisticata in grado di separare minuscole molecole che non possono essere separate rapidamente dalle centrifughe convenzionali
Gamma di velocità del rotore dell'ultracentrifuga da 60.000 a 150.000 giri/min
Eseguono i campioni come sistemi a flusso raggruppato o continuo e su scala più ampia
010. Ultracentrifuga preparativa
Le ultracentrifughe preparative sono centrifughe utilizzate per separare le particelle negli esperimenti mediante centrifugazione
Quando si prepara un'ultracentrifuga per il funzionamento, il contenuto della provetta è
Controllato dopo il processo di centrifugazione, a differenza di una centrifuga utilizzata per l'analisi, dove il contenuto viene controllato durante il processo di centrifugazione.
011. Ultracentrifuga analitica
Le centrifughe analitiche sono ultracentrifughe utilizzate per esaminare le diverse particelle all'interno di un campione
Viene utilizzato per l'esame qualitativo delle macromolecole in soluzione
Sono dotati di dispositivi di rilevamento che tracciano la rotazione e il movimento degli ingredienti in tempo reale per calcolare i coefficienti di sedimentazione
5. Vantaggi e limiti delle centrifughe
01.Vantaggio
-Operazione chiusa, aspetto ordinato
-Avvio e spegnimento rapidi
-Può essere facilmente automatizzato ed eseguito continuamente se necessario
-Basso rapporto costo capitale/capacità
-Regolare rapidamente i parametri operativi
-Elevata flessibilità e prestazioni eccezionali
-Funzionamento semplice e installazione facile
02.Limitazioni
-Separare le particelle leggere (con massa quasi trascurabile) è molto difficile
-Sebbene esistano molti tipi di centrifughe, si tratta di apparecchiature elettriche molto complesse che richiedono riparazioni professionali in caso di malfunzionamento, rendendole apparecchiature estremamente difficili e costose da mantenere.
- Consumo energetico elevato poiché dispone di numerose funzioni ad alto consumo di energia, come il controllo della temperatura e la rotazione del rotore.
-A causa dell'elevata velocità al minuto, le centrifughe possono produrre disturbi acustici. Poiché ruota, genera inevitabilmente vibrazioni, che possono causare inquinamento acustico e
-Ostacolarne l'uso in alcune aree.
-Nella maggior parte dei casi, quando il dispositivo primario si guasta, è necessario che intervenga una macchina di backup
6.Procedure operative e precauzioni per la centrifuga
01.Procedure Operative
001. Controllare la centrifuga per assicurarsi che funzioni correttamente, sia intatta e possa essere spostata senza restrizioni.
002. Dopo aver selezionato le provette o i contenitori da centrifuga appropriati, ispezionarli per assicurarsi che non vi siano difetti o crepe. Eventuali provette o contenitori danneggiati o difettosi devono essere eliminati.
003. Riempi il tubo con il tuo liquido preferito, non riempire troppo o troppo poco.
004. Controllare che le provette da centrifuga siano bilanciate; Pesare ogni provetta individualmente su una bilancia per confermare che abbiano lo stesso peso. Evita di fare affidamento solo sul volume per l'equilibrio! Ciò è particolarmente vero per soluzioni contenenti vari tipi di campioni o diverse concentrazioni di campioni.
005. Stringere il tappo della provetta da centrifuga.
006. Prima di inserire il tubo da centrifuga, assicurarsi che la parte esterna sia asciutta e pulita.
007. Mantenere le provette equilibrate nella centrifuga.
008. Chiudi il coperchio e assicurati che aderisca perfettamente.
009. Configura il tempo e la velocità di esecuzione.
0010. Non lasciare l'unità quando la centrifuga sembra essere in funzione e funziona alla massima velocità. Verificare la presenza di vibrazioni o rumori insoliti.
0011. Quando si sentono suoni strani o si avvertono forti vibrazioni, spegnere immediatamente la centrifuga e rimuovere il campione. Una causa tipica di ciò è una centrifuga non adeguatamente bilanciata. Se il problema persiste dopo aver bilanciato correttamente la centrifuga, non utilizzare la centrifuga finché non viene riparata.
0012. Dopo che la centrifuga ha completato il ciclo, attendere finché non smette di girare prima di aprire il coperchio. Non toccare né aprire mai il coperchio della centrifuga finché la centrifuga non ha smesso di girare. L'arresto prematuro dell'attrezzatura può provocare guasti meccanici e lesioni.
0013. Per consentire agli aerosol emessi durante la centrifugazione di sedimentarsi, è bene attendere almeno 10 minuti dall'arresto della rotazione prima di aprire il coperchio.
0014. Una volta che la centrifuga ha smesso di girare, rimuovere il campione dalla centrifuga.
02.Precauzioni
-Prima dell'uso, controllare sempre che la centrifuga sia su una superficie adatta
-Tenere il coperchio chiuso mentre il rotore è in funzione
-Quando la centrifuga trema o vibra, scollegare la spina di alimentazione
-Assicurarsi che il tubo sia adatto al programma e alle impostazioni prima dell'uso. Le provette utilizzate nelle centrifughe devono essere fornite in set completi
-I tubi devono essere caricati simmetricamente utilizzando carichi adiacenti e opposti bilanciati. -Utilizzare la massa invece del volume per bilanciare i tubi