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【行業(yè)掃盲】超速離心機(jī)

一、簡介

離心機(jī)是借離心力分離液相非均一體系的設(shè)備。根據(jù)物質(zhì)的沉降系數(shù)、質(zhì)量、密度等的不同，應(yīng)用強(qiáng)大的離心力使物質(zhì)分離、濃縮和提純的方法稱為離心。

一般說，離心機(jī)轉(zhuǎn)速在30000r/min以上的稱為超速離心。離心技術(shù)，特別是超速離心技術(shù)是分子生物學(xué)、生物化學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的手段。

離心機(jī)作為一種手段，具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，超速離心可在低溫下操作，保護(hù)了生物大分子的活性。制備型的離心機(jī)負(fù)載量大，一次可分離提純幾克樣品，比層析、電泳上的樣品量大得多。

分析離心機(jī)不僅可測物質(zhì)的分子量，還可檢驗(yàn)物質(zhì)的純度、構(gòu)象、沉降系數(shù)等。因此離心技術(shù)在生物學(xué)研究中占有重要的地位，是分離、純化細(xì)胞、蛋白、核酸、酶和進(jìn)行病毒分離的最方便最有效的工具。

二、超速離心機(jī)的離心方法

用離心方法分離生物大分子和亞細(xì)胞物質(zhì)的基本原理是根據(jù)它們?cè)谝后w介質(zhì)中或者沉降速度不同而形成不同的區(qū)帶，或者它們的密度不同而停留在液體介質(zhì)中不同的位置而把它們一一分開。

前者是沉降速度法，應(yīng)用該法時(shí)液體介質(zhì)的最大密度要小于樣品中最小顆粒的密度，離心時(shí)選用高轉(zhuǎn)速和短時(shí)間；后者是沉降平衡法，應(yīng)用該法時(shí)液體介質(zhì)的最大密度要大于樣品中最小顆粒的密度，離心時(shí)選用較低轉(zhuǎn)速和較長時(shí)間。

實(shí)際操作有幾種形式：

1、差速離心

這種方法是選擇不同轉(zhuǎn)速的離心，分別分離各個(gè)不同組分。例如先用低速沉降大顆粒和上清液，在高速離心上清沉降中等顆粒，最后超速離心上清沉降小顆粒。采用逐級(jí)提高離心力分離上情液的方法，把不同大小的顆粒分開。

這種方法比較簡單，方便。分離的組份沉到管底，因此可以迅速濃縮所要的組份，減少體積。但回收率和純度是有矛盾的，要提高回收率，勢(shì)必提高轉(zhuǎn)速或延長離心時(shí)間，這樣大小相近的顆粒也會(huì)沉到管底。因此該法多用于粗提純或初步濃縮樣品。

2、速度區(qū)帶(或速度梯度)離心

本法是將樣品放在一個(gè)連續(xù)的密度梯度液體上，通過離心，大顆粒沉降快，小顆粒沉降慢。經(jīng)過一段時(shí)間，相同的顆粒就在同一深度形成一條帶子，因此把各種組份分開來。

它適用于分離密度相同、而大小不同的物質(zhì)，如不同的蛋白質(zhì)組份密度都差不多，但分子量不一樣，用本法很容易將其分開。但對(duì)密度不同、大小類似的物質(zhì)則不易分離。

蔗糖梯度是一種常用的介質(zhì)。用不同濃度的蔗糖溶液(5%-60%)配成梯度，用于梯度離心。再分別進(jìn)行收集處于不同區(qū)帶里的各個(gè)組份。

3、沉降平衡離心

這是靜力學(xué)的方法。在離心管中形成一個(gè)液體梯度，在離心時(shí)各組份以不同的速度下沉，但最終停留在與自己相同的密度中，形成一條狹窄的平衡帶，并保持相對(duì)的穩(wěn)定。為了使樣品所有組份都能達(dá)到它們的平衡位置，需要長時(shí)間離心。

這種方法適用于分離大小相似但密度不同的物質(zhì)，如核酸的分離。氯化銫梯度是常用于平衡離心的介質(zhì)，分辨率很高，可區(qū)別密度相差0.05的組分，但離心時(shí)間需十幾到幾十小時(shí)，且價(jià)格很貴。已有一種商品名叫"Percoll"的聚蔗糖溶液可以代替氯化銫梯度。該介質(zhì)能迅速形成梯度，使離心時(shí)間大大縮短到1-2h而仍有很好的分離效果。并且有配套的標(biāo)記珠（Density marker beads）可以測定樣品的密度。

三、離心機(jī)分類

依照轉(zhuǎn)速、容量、用途，可以大致分為分析型超速離心機(jī)、制倍型超速離心機(jī)、高速冷凍離心機(jī)、大容量冷凍低溫離心機(jī)、一般用普通低速離心機(jī)和臺(tái)式(高速、低速)離心機(jī)等。

1、分析型超速離心機(jī)

最高轉(zhuǎn)速在60000r/min以上，裝有懸掛式驅(qū)動(dòng)裝置。選速分級(jí)很精細(xì)，速控和溫控精度高，配有鋁合金或鈦合金制造的二孔到六孔分析轉(zhuǎn)子。目前最新推出的Beckman Optima MAX-XP臺(tái)式超速離心機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了1,500,000rpm(2,500轉(zhuǎn)/秒)，而且運(yùn)行時(shí)非常安靜(噪音僅為47dBa)，是較為先進(jìn)的分析機(jī)型。裝有完善的柱面透鏡光學(xué)系統(tǒng)、干涉光系統(tǒng)和紫外吸收掃描光學(xué)系統(tǒng)，并能利用特別配制的數(shù)據(jù)處理微機(jī)自動(dòng)計(jì)算沉降系數(shù)和分子量等物 理參數(shù)。老型號(hào)機(jī)型有MSE～75型(已停止生產(chǎn))制備分析兩用超速離心機(jī)等。

2、制備型超速離心機(jī)

該機(jī)型從1955年開始商品化生產(chǎn)以來已發(fā)展到第五代產(chǎn)品。生產(chǎn)的制備用超速離機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)83,000r/min，最大相對(duì)離心力場 (R·C·F)S15，000×g以下，驅(qū)動(dòng)裝置壽命已達(dá)到200億轉(zhuǎn)，同時(shí)配備有各種轉(zhuǎn)速和容量的鋁合金、鈦合金角度轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子、垂直轉(zhuǎn)子、區(qū)帶轉(zhuǎn)子及其它專用轉(zhuǎn)子。每種轉(zhuǎn)子配有多邊數(shù)百種的金屬或塑料離心管。

附屬設(shè)備可選配分析用光學(xué)裝置、密度梯度形成一 收集儀、用于區(qū)帶轉(zhuǎn)子操作的特種加樣一取樣器、密度梯度泵、積分儀和切管器等。新機(jī)型具有自動(dòng)化程度高(內(nèi)裝微處理程序控制機(jī))、壽命長、噪音低、不需要水冷和故障率較低等優(yōu)點(diǎn)。

3、高速冷凍離心機(jī)

高速冷凍離心機(jī)一般在常壓空氣中旋轉(zhuǎn)，具有大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制冷壓縮機(jī)。額定轉(zhuǎn)速在16，000--21，000r/min之間，轉(zhuǎn)子的最大線速度不超過 28Om/s(即在跨音速區(qū)以下，空氣擾動(dòng)小，易于控制)。這種離心機(jī)配備有鋁合金制造的各種轉(zhuǎn)子，包括角度轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子、垂直管轉(zhuǎn)子、連續(xù)流動(dòng)轉(zhuǎn)子、 區(qū)帶轉(zhuǎn)子和細(xì)胞淘洗轉(zhuǎn)子等，最大離心加速度在55,000xg以下。

四、離心機(jī)操作步驟和保養(yǎng)注意事項(xiàng)

操作步驟

1.接通電源，打開離心機(jī)蓋。

2.按要求裝配好離心管。

3.按要求安裝離心轉(zhuǎn)頭。

4.關(guān)上離心機(jī)蓋。

5.輸入離心數(shù)據(jù)，編離心程序。

6.抽真空，并開始運(yùn)行程序。

7.程序結(jié)束后，去真空。

8.打開離心機(jī)蓋，取出轉(zhuǎn)頭。

9.取出離心管并進(jìn)行分析。

離心管的選用

玻璃離心管絕對(duì)不能在高、超速離心機(jī)上使用。

PA管：化學(xué)性能穩(wěn)定，半透明，能耐高溫消毒。

PP管：化學(xué)性能穩(wěn)定，半透明，能耐高溫消毒。

PC管：透明度好，硬度大，能耐高溫消毒。但不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿及某些有機(jī)溶劑。主要用于5萬(轉(zhuǎn)/分)以上離心。

CN管：質(zhì)地較軟，透明，但不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿及某些有機(jī)溶劑，不能高壓消毒。適合于蔗糖、甘油等密度梯度離心。應(yīng)透明，利于收集。

五、保養(yǎng)注意事項(xiàng)

1、如離心管蓋子密封性差液體就不能加滿（針對(duì)高速離心且使用角度頭），以防外溢。外溢后果污染轉(zhuǎn)頭和離心腔并失去平衡，影響感應(yīng)器正常工作

2、超速離心時(shí)，液體一定要加滿離心管，應(yīng)超離時(shí)需抽真空，只有加滿才能避免離心管變形。

3、使用角度頭時(shí)別忘蓋轉(zhuǎn)頭蓋，如未蓋，離心腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的渦流阻力和摩擦升溫，這等于給離心機(jī)的電機(jī)和制冷機(jī)增加了額外負(fù)擔(dān)，影響離心機(jī)的使用壽命。

4、清潔離心機(jī)腔體和轉(zhuǎn)頭，并擦干腔內(nèi)冷凝水。

5、使用完后要打開門，直至腔內(nèi)恢復(fù)常溫。