10 نوع سانتریفیوژ با اصول و کاربرد

سانتریفیوژ وسیله ای است که برای جداسازی اجزای یک مخلوط بر اساس اندازه، چگالی، ویسکوزیته محیط و سرعت روتور استفاده می شود.

• سانتریفیوژ معمولاً در آزمایشگاه ها برای جداسازی مولکول های بیولوژیکی از عصاره خام استفاده می شود.
• در یک سانتریفیوژ، نمونه در روتوری که حول یک نقطه (محور) ثابت می چرخد، نگهداری می شود و در نتیجه نیروی قوی عمود بر محور ایجاد می شود.
• انواع مختلفی از سانتریفیوژها برای جداسازی مولکول های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند، اما همه آنها بر اساس اصل ته نشینی کار می کنند.

فهرست مطالب

• نیروی گریز از مرکز نسبی (RCF)
• روتورهای سانتریفیوژ
  • روتورهای زاویه ثابت
  • روتورهای سطل چرخان/ روتورهای افقی
  • روتورهای عمودی
• انواع سانتریفیوژ
• سانتریفیوژ رومیزی
• سانتریفیوژ جریان پیوسته
• سانتریفیوژ گاز
• سانتریفیوژ هماتوکریت
• سانتریفیوژ با سرعت بالا
• سانتریفیوژ با سرعت کم
• میکروسانتریفیوژ
• سانتریفیوژهای یخچال دار
• اولتراسانتریفیوژها
• سانتریفیوژ/ متمرکز کننده خلاء
• ارجاع

نیروی گریز از مرکز نسبی (RCF)

• نیروی گریز از مرکز نسبی اندازه گیری قدرت روتورهای انواع و اندازه های مختلف است.
• این نیرویی است که در نتیجه چرخش به محتویات روتور وارد می شود.
• RCF نیروی عمودی است که بر نمونه وارد می شود و همیشه نسبت به گرانش زمین است.
• RCF سانتریفیوژهای مختلف را می توان برای مقایسه روتورها استفاده کرد که امکان انتخاب بهترین سانتریفیوژ برای یک عملکرد خاص را فراهم می کند.

فرمول محاسبه نیروی گریز از مرکز نسبی (RCF) را می توان به صورت زیر نوشت:

RCF (گرم نیرو) = 1.118 × 10^-5× r × (RPM)²

که r شعاع روتور (به سانتی متر) و RPM سرعت چرخش روتور در دقیقه است.

روتورهای سانتریفیوژ

روتورها در سانتریفیوژها وسایل موتوری هستند که لوله ها را با نمونه ها در خود جای می دهند. روتورهای سانتریفیوژ برای تولید سرعت چرخش طراحی شده اند که می تواند باعث جداسازی اجزا در یک نمونه شود. سه نوع اصلی از روتورهای مورد استفاده در سانتریفیوژ وجود دارد که عبارتند از:

1. روتورهای زاویه ثابت

شکل: روتورهای زاویه ثابت. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• این روتورها لوله های نمونه را در زاویه 45 درجه نسبت به محور روتور نگه می دارند.
• در این نوع روتور، ذرات به سمت مخالف لوله برخورد می کنند، جایی که ذرات در نهایت به پایین می لغزند و در پایین جمع می شوند.
• با افزایش طول مسیر لوله‌ها، این روتورها سریع‌تر از سایر انواع روتور هستند.
• با این حال، از آنجایی که جهت نیرو با موقعیت لوله متفاوت است، ممکن است برخی از ذرات در کناره‌های لوله‌ها باقی بمانند.

2. روتورهای سطل چرخان/ روتورهای افقی

شکل: روتورهای سطلی نوسانی/ روتورهای افقی. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• روتورهای سطلی چرخان، لوله ها را در زاویه 90 درجه نگه می دارند، همانطور که روتور هنگام شروع فرآیند حرکت می کند.
• در این روتور، لوله‌ها در قفسه‌هایی آویزان شده‌اند که به لوله‌ها اجازه می‌دهند به اندازه کافی حرکت کنند تا موقعیت افقی را به دست آورند.
• در این نوع روتورها، ذرات در امتداد جهت یا مسیر نیرویی وجود دارند که اجازه می‌دهد ذرات از روتور به سمت پایین لوله‌ها دور شوند.
• از آنجایی که لوله ها افقی می مانند، مایع رویی به صورت یک سطح صاف باقی می ماند و اجازه می دهد ذرات رسوب شده از مایع رویی جدا شوند.

3. روتورهای عمودی

شکل: روتورهای عمودی. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• روتورهای عمودی کوتاهترین طول مسیر، سریعترین زمان اجرا و بالاترین وضوح را در بین همه روتورها ارائه می دهند.
• در روتورهای عمودی، لوله ها در حین کار سانتریفیوژ عمودی هستند.
• تسلیم روتور چندان ایده آل نیست زیرا موقعیت لوله با جهت نیروی گریز از مرکز همخوانی ندارد.
• در نتیجه، به جای ته نشین شدن، ذرات تمایل دارند به سمت دیواره بیرونی لوله ها پخش شوند.
• اینها معمولاً در شیب ایزوپیکنیک و چگالی استفاده می شوند.

انواع سانتریفیوژ

1. سانتریفیوژ رومیزی

شکل: سانتریفیوژ رومیزی کوچک Thermo Scientific™ Sorvall™ ST 8. منبع تصویر:ترمو علمی.

• سانتریفیوژ Benchtop یک سانتریفیوژ فشرده است که معمولا در آزمایشگاه های بالینی و تحقیقاتی استفاده می شود.
• توسط یک موتور الکتریکی هدایت می شود که در آن لوله ها حول یک محور ثابت می چرخند و در نتیجه نیرویی عمود بر لوله ها ایجاد می شود.
• از آنجایی که اینها بسیار فشرده هستند، در آزمایشگاه های کوچکتر با فضاهای کوچکتر مفید هستند.
• انواع مختلفی از سانتریفیوژهای رومیزی برای مقاصد مختلف در بازار موجود است.
• یک سانتریفیوژ رومیزی دارای یک روتور با قفسه‌هایی برای لوله‌های نمونه و یک درب است که واحد کار سانتریفیوژ را می‌بندد.

2. سانتریفیوژ جریان پیوسته

شکل: چیدمان تجهیزات در حین سانتریفیوژ جریان مداوم. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• سانتریفیوژ جریان پیوسته یک سانتریفیوژ سریع است که امکان سانتریفیوژ حجم زیادی از نمونه‌ها را بدون تأثیر بر سرعت رسوب می‌دهد.
• این نوع سانتریفیوژ امکان جداسازی حجم زیادی از نمونه ها را با نیروی گریز از مرکز بالا فراهم می کند و در نتیجه بخش خسته کننده تخلیه و پر شدن لوله ها با هر چرخه را از بین می برد.
• آنها طول مسیر کوتاه تری دارند که فرآیند جدا کردن قسمت جامد از مایع رویی را تسهیل می کند و در نتیجه سرعت فرآیند را حفظ می کند.
• آنها همچنین ظرفیت های بزرگتری دارند که باعث صرفه جویی در زمان می شود، زیرا نمونه لازم نیست بارها و بارها مانند سانتریفیوژهای سنتی بارگیری و تخلیه شود.
• حداکثر 1 لیتر نمونه را می توان توسط این سانتریفیوژ در بازه زمانی 4 ساعت یا کمتر سانتریفیوژ کرد.

3. سانتریفیوژ گاز

شکل: نمودار یک سانتریفیوژ گاز با جریان مخالف، که برای جداسازی ایزوتوپ های اورانیوم استفاده می شود. منبع تصویر:ویکی پدیا (بار القایی).

• سانتریفیوژ گاز سانتریفیوژی است که به صراحت برای جداسازی گازها بر اساس ایزوتوپ های وارث استفاده می شود.
• این سانتریفیوژ بر اساس همان اصل نیروی گریز از مرکز مانند سایر سانتریفیوژها است که در آن مولکول ها بر اساس جرم آنها جدا می شوند.
• این سانتریفیوژ عمدتاً برای استخراج و جداسازی اورانیوم -235 و اورانیوم-238 استفاده می شود.
• سانتریفیوژ گاز بر خلاف سایر سانتریفیوژهایی که بر روی پردازش دسته ای کار می کنند، بر روی طراحی eh جریان مداوم گاز در داخل و خارج از سانتریفیوژ کار می کند.
• این سانتریفیوژها به صورت آبشاری چیده شده اند به طوری که گازها بر اساس ایزوتوپ هایشان به دو واحد جدا شده و سپس برای پردازش بیشتر به سانتریفیوژ بعدی منتقل می شوند.
• سانتریفیوژهای گازی جایگزین روش‌های دیگر انتشار گازی شده‌اند، زیرا بازدهی با غلظت بالاتری از گازها را نسبت به تکنیک‌های قبلی ارائه می‌دهند.

4. سانتریفیوژ هماتوکریت

شکل: سانتریفیوژ هماتوکریت AHN myLab®. منبع تصویر:AHN Biotechnologie GmbH.

• سانتریفیوژهای هماتوکریت سانتریفیوژهای تخصصی هستند که برای تعیین کسر حجمی گلبول های قرمز (RBC) در یک نمونه خون مورد استفاده قرار می گیرند.
• این سانتریفیوژ مقادیر هماتوکریت را فراهم می کند که می تواند برای آزمایش در بیوشیمی، ایمنی، آزمایش خون و سایر آزمایشات کلینیکی عمومی استفاده شود.
• سانتریفیوژهای هماتوکریت ممکن است برای کمک به تشخیص از دست دادن خون، پلی سیتمی (افزایش تعداد گلبول های قرمز به سطوح بالاتر از حد طبیعی)، کم خونی، نارسایی مغز استخوان، لوسمی و مولتیپل میلوما استفاده شوند.
• سانتریفیوژ میکروهماتوکریت به سرعت به سرعت 11000 دور در دقیقه و RCF تا 15000 گرم برای چرخاندن نمونه های لوله می رسد.
• اجزای یک سانتریفیوژ هماتوکریت شبیه به سانتریفیوژ رومیزی است، اما این سانتریفیوژ برای استفاده از نمونه‌های خون تخصصی است.

5. سانتریفیوژ با سرعت بالا

شکل: سانتریفیوژ پرسرعت سری Avanti JXN-30. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• سانتریفیوژ پرسرعت، همانطور که از نامش پیداست، سانتریفیوژی است که می‌توان با سرعت‌های بالاتری کار کرد.
• سرعت سانتریفیوژ پرسرعت می تواند از 15000 تا 30000 دور در دقیقه باشد.
• سانتریفیوژ با سرعت بالا معمولاً در آزمایشگاه های پیچیده تر با کاربرد بیوشیمیایی استفاده می شود و به سرعت بالایی در عملیات نیاز دارد.
• سانتریفیوژهای پرسرعت دارای سیستمی برای کنترل سرعت و دمای فرآیند هستند که برای آنالیز مولکول‌های حساس بیولوژیکی ضروری است.
• سانتریفیوژهای پرسرعت با آداپتورهای مختلفی برای قرار دادن لوله‌های نمونه در اندازه‌ها و حجم‌های مختلف عرضه می‌شوند.
• هر سه نوع روتور را می توان برای فرآیند سانتریفیوژ در این سانتریفیوژها استفاده کرد.

6. سانتریفیوژ با سرعت کم

شکل: سانتریفیوژهای کم سرعت – ScanSpeed ​​406 و ScanSpeed ​​416. منبع تصویر:LaboGene.

• سانتریفیوژهای کم سرعت، سانتریفیوژهای سنتی هستند که معمولاً در آزمایشگاه‌ها برای جداسازی معمول ذرات استفاده می‌شوند.
• این سانتریفیوژها با حداکثر سرعت 4000-5000 دور در دقیقه کار می کنند.
• اینها معمولاً در دمای اتاق کار می کنند زیرا سیستمی برای کنترل سرعت یا دمای عملیات در اختیار ندارند.
• در این سانتریفیوژها می توان از روتورهای نوع سطل چرخشی و زاویه ثابت استفاده کرد.
• اینها سانتریفیوژهای آسان و فشرده ای هستند که برای تجزیه و تحلیل نمونه های خون و سایر نمونه های بیولوژیکی ایده آل هستند.
• سانتریفیوژ با سرعت کم مانند همه سانتریفیوژهای دیگر کار می کند، اما کاربرد آن به جداسازی محلول های ساده تر محدود می شود.

7. میکروسانتریفیوژ

شکل: میکروفیوژ 16 و میکروفیوژ 20. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• میکرو سانتریفیوژها سانترفیوژهایی هستند که برای جداسازی نمونه هایی با حجم کمتر از 0.5 تا 2 میکرولیتر استفاده می شوند.
• میکروسانتریفیوژها معمولاً با سرعتی در حدود 12000-13000 دور در دقیقه کار می کنند.
• این برای جداسازی مولکولی اندامک های سلولی مانند هسته و DNA و استخراج فنل استفاده می شود.
• میکرو سانتریفیوژها که میکرو سانتریفیوژ نیز نامیده می‌شوند، از لوله‌های نمونه استفاده می‌کنند که در مقایسه با لوله‌های آزمایش استاندارد مورد استفاده در سانتریفیوژهای بزرگ‌تر، اندازه کوچک‌تری دارند.
• برخی از میکروسانتریفیوژها دارای آداپتورهایی هستند که استفاده از لوله های بزرگتر را به همراه لوله های کوچکتر تسهیل می کند.
• میکرو سانتریفیوژها با کنترل دما برای عملکرد نمونه های حساس به دما در دسترس هستند.

8. سانتریفیوژهای یخچال دار

شکل: سانتریفیوژ رومیزی یخچال دار Allegra 64R. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• سانترفیوژهای یخچالی سانتریفیوژهایی هستند که دارای کنترل دمایی از 20- تا 30- درجه سانتیگراد هستند.
• انواع مختلفی از سانتریفیوژها موجود است که دارای سیستم کنترل دما است که برای فرآیندهای مختلف که به دماهای پایین تر نیاز دارند ضروری است.
• سانتریفیوژهای یخچالی علاوه بر روتورها و قفسه های لوله های نمونه دارای واحد کنترل دما هستند.
• این سانتریفیوژها RCF تا 60000 xg را فراهم می کنند که برای جداسازی مولکول های مختلف بیولوژیکی ایده آل است.
• اینها معمولاً برای جمع آوری موادی استفاده می شوند که به سرعت از هم جدا می شوند مانند سلول های مخمر، کلروپلاست ها و گلبول های قرمز.
• محفظه سانتریفیوژ یخچال دار از بیرون بسته می شود تا شرایط عملیات را برآورده کند.

9. اولتراسانتریفیوژها

شکل: اولتراسانتریفیوژها. منبع تصویر:Beckman Coulter, Inc.

• اولتراسانتریفیوژها سانتریفیوژهایی هستند که با سرعت بسیار بالا کار می کنند و امکان جداسازی مولکول های بسیار کوچکتر مانند ریبوزوم ها، پروتئین ها و ویروس ها را فراهم می کنند.
• این پیچیده ترین نوع سانتریفیوژ است که امکان جداسازی مولکول هایی را فراهم می کند که نمی توانند با سانتریفیوژهای دیگر جدا شوند.
• سیستم های تبرید در چنین سانتریفیوژهایی وجود دارند که به تعادل گرمای تولید شده در اثر چرخش شدید کمک می کنند.
• سرعت این سانتریفیوژها به 150000 دور در دقیقه می رسد.
• می توان از آن برای کارهای آماده سازی و تحلیلی استفاده کرد.
• اولتراسانتریفیوژها می توانند مولکول ها را در دسته های بزرگ و در یک سیستم جریان پیوسته جدا کنند.
• علاوه بر جداسازی، اولتراسانتریفیوژها همچنین می توانند برای تعیین خواص ماکرومولکول ها مانند اندازه، شکل و چگالی استفاده شوند.

10. سانتریفیوژ/ متمرکز کننده خلاء

شکل: متمرکز کننده خلا Savant™ SpeedVac™ SPD120. منبع تصویر:ترمو علمی.

• سانتریفیوژ خلاء از نیروی گریز از مرکز، خلاء و گرما برای سرعت بخشیدن به تبخیر آزمایشگاهی نمونه ها استفاده می کند.
• این سانتریفیوژها قادر به پردازش تعداد زیادی نمونه (تا 148 نمونه در یک زمان) هستند.
• این نوع سانترفیوژ در آزمایشگاه‌های شیمیایی و بیولوژیکی برای تبخیر مؤثر حلال‌های موجود در نمونه‌ها و در نتیجه تغلیظ نمونه‌ها استفاده می‌شود.
• اینها معمولاً در آزمایشگاه‌های توان عملیاتی بالا برای نمونه‌هایی استفاده می‌شوند که ممکن است تعداد زیادی حلال داشته باشند.
• یک اواپراتور چرخشی برای حذف حلال های غیر ضروری و از بین بردن ضربه حلال استفاده می شود.
• سانتریفیوژ با کاهش فشار محفظه کار می کند که نقطه جوش نمونه ها را نیز کاهش می دهد.
• این باعث می شود حلال ها تبخیر شوند و ذرات جدا شوند.

جهت مشاهده فروشگاه و خرید دستگاه سانترفیوژ لطفا کلیک فرمایید.

منابع

1. ویلسون، کی، واکر، جی. (2018). اصول و فنون بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی. چاپ هشتم. انتشارات دانشگاه کمبریج: نیویورک.
2. Serwer، باکتریوفاژها: SEPARATION OF، ویراستاران: Ian D. Wilson، Encyclopedia of Separation Science، Academic Press، 2000، صفحات 2102-2109،
3. شابک 9780122267703, https://doi.org/1016/B0-12-226770-2/07381-6. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0122267702073816)
4. https://www.beckman.com/resources/fundamentals/principles-of-centrifugation/rotor-types
5. https://www.beckman.com/centrifuges/rotors/vertical-angle
6. https://www.beckman.com/resources/reading-material/application-notes/principles-of-continuous-flow-centrifugation
7. http://origin.who.int/medical_devices/innovation/hospt_equip_8.pdf
8. https://www.news-medical.net/Life-Science-and-Laboratory/Microcentrifuges
9. https://www.mybiosource.com/learn/testing-procedures/rate-zonal-centrifugation/