离心分离是生物化学、分子生物学、医学、食品科学和工业领域中最广泛使用的分离材料的实验室技术之一。这一切都与重力和质量有关:如果有足够的时间,非均质溶液中的粒子将根据其大小和密度分离。较小、密度较低的颗粒也可能向下迁移,但并不总是如此;有些颗粒永远不会沉降,但仍悬浮在溶液中。离心机使这一过程更快、更有效。它的用途已被证明是如此强大和广泛的科学传播,离心机已成为一个常见的一块实验室设备,自19世纪末以来。

显示分离的离心管

离心管,显示分离。

离心利用向心力将非均质溶液分离成上清液和颗粒。现代离心机通过高速旋转溶液来增加沉降速率,从而放大重力。在此过程中,具有高颗粒密度的材料将朝离心轴(沿管向下)沉积,而具有较低颗粒密度的材料将远离离心轴沉积。例如,悬浮液中的细菌细胞具有较高的颗粒密度,并倾向于沉降到底部。

当使用相对便宜且易于使用的设备施加10000 g的力时,在正常重力(1 g)作用下通常需要数小时或数天的过程可以缩短为几分钟。每分钟转数(RPM)是很常见的;它转动的次数越多,速度越快,所施加的能量越大。相对离心力(RCF)是表示重力(g力)或转子转动的另一种方式。因此,很明显,这个简单的装置可以让研究人员轻松地分离组织、细胞、细胞器和大分子,以便进行进一步的研究。

来自Thermo Scientific的摆动斗式离心机转子。

来自Thermo Scientific的摆动斗式离心机转子。

离心机由转子组成,转子用于容纳发生分离的管道。离心机转子主要有两种类型:固定角度或摆动铲斗。桡骨转子将管子固定在相对于旋转轴的稳定角度(通常为45°)。A.吊桶当施加向心力时,转子会向外摆动,并将电池与旋转角度保持约90°的角度。回想一下,密度更大的材料会朝向心力的角度分离。因此,在摆动铲斗转子中,颗粒材料将在锥形离心管的底部形成,而在固定角度转子中加工的管将在侧面形成沉降。如果固体被夹入管道的角度,这可能会有问题。

Thermo Scientific固定角离心机转子。

Thermo Scientific固定角离心机转子。

在所有条件相同的情况下,摆动桶转子提供了优越的沉降位置,这一事实使其成为离心样品的明显选择;然而,固定角度转子提供了有价值的特性,这往往使其成为更理想的选择。它们是什么?首先,由于固定角度转子的管间距简单且有效,因此与摆动铲斗相比,固定角度转子可以容纳更多的管,使其更适用于高通量应用。其次,由于金属合金材料的刚性设计,固定转子可以承受更高的重力,这在分离RNA、DNA和蛋白质等生物大分子时是必要的。

无论您的应用和转子设计如何,离心都是分离溶液中微观和宏观分子的强大工具。在法医调查(如分离和研究血液和尿液)、药物开发(表征大分子)、食品纯度(如从牛奶中去除脂肪)和废水管理(从水中分离“污泥”和重金属)中,每天都使用各种类型和大小的离心机进行生物分析。

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