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實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)的技術(shù)研究(轉(zhuǎn))
發(fā)表時(shí)間:2021-07-16     閱讀次數(shù):     字體:【

實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)用于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品制備, 離心是利用離心機(jī)驅(qū)動(dòng)離心容器做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力以及被離心樣本物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力密度的差別,完成分離、 濃縮及提取制備, 分析測(cè)定生物分子分子量及純度的一項(xiàng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)技術(shù), 其應(yīng)用覆蓋醫(yī)學(xué)乃至生命科學(xué)諸多專業(yè)實(shí)驗(yàn) 因此, 研究離心力與被離心樣品間的相互作用關(guān)系, 規(guī)范使用和維護(hù)技術(shù)流程甚為重要。 研究探討規(guī)范實(shí)驗(yàn)室離心技術(shù)的應(yīng)用與儀器維護(hù), 旨在制定風(fēng)險(xiǎn)控制的操作規(guī)范、 監(jiān)測(cè)、 維護(hù)、 保養(yǎng)以及生物安全等系列措施, 建立實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)技術(shù)保障。

1 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室離心技術(shù)的選擇

根據(jù)離心機(jī)相對(duì)離心力(relative centrifugal force,RCF)上限和主要應(yīng)用, 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用離心機(jī)大致可分為低速離心機(jī)、 通用離心機(jī)、 高速離心機(jī)及超速離心機(jī)4種。

1.1 離心機(jī)的選擇

(1)低速離心機(jī)。 RCF7 000 g; 細(xì)胞或細(xì)胞碎片沉降分離, 過(guò)濾、 透析、 親和柱提純; 大容量機(jī)型(412 L)常用于血站或血庫(kù)實(shí)驗(yàn)室。

(2)通用離心機(jī)。 RCF30 000 g; 除具備低速功能外還部分兼顧核酸、 蛋白及質(zhì)粒提取等高速功能

(3)高速離心機(jī)。 RCF100 000 g; 核酸、 蛋白及質(zhì)粒提取; 兼顧亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和病毒分離; 密度梯度離心。

(4)超速離心機(jī)。 RCF1 050 000 g; 核酸純化CsCl; 亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、 細(xì)胞器、 病毒及脂蛋白分離; 密度梯度離心

1.2 常用離心參數(shù)

(1)離心速度。 在離心驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)的速度, 單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(revolution per minute,RPM)(r/min)。

(2)相對(duì)離心力 。 物體以一定的角速度做圓 周運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生離心力 F=ω

2 r。 但離心力 要克服與其相垂直的地球重力(gravity)以及樣品粒子的摩擦力

和浮力影響(后兩者可忽略不計(jì)), 故以RCF表示,RCF=ω2 r/980, 等于在離心場(chǎng)中作用于樣本粒子上的離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù), 單位是重力加速度g(1 g980 cm/s 2 )RCF1000× g則是重力加速度的1000倍。 RCF的大小與離心速度及在離心容器中粒子距心軸的路徑(實(shí)際離心半徑)有關(guān), 即RCF=1. 12r(RPM/1000) 2 , 故有最大、 平均和最小RCF之分。樣品粒子能否得到有效分離主要取決于RCF, 文獻(xiàn)中常給出最大RCF為離心條件。 轉(zhuǎn)頭額定轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的RCF可以通過(guò)離心半徑-RCF-RPM曲線換算, 但精確RCF值應(yīng)查找生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)頭參數(shù)表。

(3)沉降系數(shù)(sedimentation coefficient, S)。 是樣本粒子重要的物理化學(xué)參數(shù), 以Svedbergs(S=10 -13 s)表示對(duì)應(yīng)離心力樣品粒子的沉降速率, 不同S值樣品粒子所需離心時(shí)間(完全沉降至容器底部)的表達(dá)式為t=1/S ω

常見(jiàn)分離生物樣本的

(4)K因數(shù)值(K-factor)。 反映離心轉(zhuǎn)頭的效率,與其大小、 材質(zhì)和速度有關(guān)。 利用K值可估算出某S值樣本粒子的沉降時(shí)間: t=K/SK值越小, 轉(zhuǎn)頭離心效率越高, 粒子沉降所需時(shí)間越短 [5] 。

2 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)的離心技術(shù)

根據(jù)離心力與被離心物質(zhì)間的相互作用方式, 可分為差速離心與密度梯度離心。

2.1 差速離心

差速離心是利用離心樣本組分中不同沉降系數(shù)粒子的沉降速度差別(如各細(xì)胞組分), 經(jīng)一定速度、 一定離心力及一定時(shí)間離心, 先后沉降而得到分離。 在此過(guò)程中樣本往往被分離為沉淀物和上清液兩部分,其前提是待分離的兩種或數(shù)種粒子的S值的差值足夠離心樣品 SRCF(g) RPM(r/min)細(xì)胞 ~10 7 200 1500細(xì)胞核 4× 10 6 10 7 600800 3000

細(xì)菌、 線粒體 2× 10 4 7× 10 4 7000 7000微粒體 501× 10 4 10 000100 000 10 00030 000病毒、 DNA 10120 100 000 30000RNA 450 100 000400 000 30 00060 000蛋白質(zhì) 225 400 000 60 000離心技術(shù) 固定角轉(zhuǎn)頭 水平轉(zhuǎn)頭 垂直轉(zhuǎn)頭

差速離心離心沉降離心時(shí)間短, 壁效應(yīng)壁效應(yīng)最小, 時(shí)間較長(zhǎng)沉淀物涂于管壁

差速區(qū)帶離心離心路徑長(zhǎng)度不適路徑長(zhǎng)度好, 時(shí)間較長(zhǎng)離心路徑短等密度離心離心路徑短

離心時(shí)間長(zhǎng)離心時(shí)間最短


 
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