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【行業(yè)掃盲】超速離心機

一、簡介

離心機是借離心力分離液相非均一體系的設備。根據(jù)物質的沉降系數(shù)、質量、密度等的不同，應用強大的離心力使物質分離、濃縮和提純的方法稱為離心。

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

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

分析離心機不僅可測物質的分子量，還可檢驗物質的純度、構象、沉降系數(shù)等。因此離心技術在生物學研究中占有重要的地位，是分離、純化細胞、蛋白、核酸、酶和進行病毒分離的最方便最有效的工具。

二、超速離心機的離心方法

用離心方法分離生物大分子和亞細胞物質的基本原理是根據(jù)它們在液體介質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中不同的位置而把它們一一分開。

前者是沉降速度法，應用該法時液體介質的最大密度要小于樣品中最小顆粒的密度，離心時選用高轉速和短時間；后者是沉降平衡法，應用該法時液體介質的最大密度要大于樣品中最小顆粒的密度，離心時選用較低轉速和較長時間。

實際操作有幾種形式：

1、差速離心

這種方法是選擇不同轉速的離心，分別分離各個不同組分。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，勢必提高轉速或延長離心時間，這樣大小相近的顆粒也會沉到管底。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，如不同的蛋白質組份密度都差不多，但分子量不一樣，用本法很容易將其分開。但對密度不同、大小類似的物質則不易分離。

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

3、沉降平衡離心

這是靜力學的方法。在離心管中形成一個液體梯度，在離心時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，并保持相對的穩(wěn)定。為了使樣品所有組份都能達到它們的平衡位置，需要長時間離心。

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

三、離心機分類

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

1、分析型超速離心機

最高轉速在60000r/min以上，裝有懸掛式驅動裝置。選速分級很精細，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子。目前最新推出的Beckman Optima MAX-XP臺式超速離心機的最高轉速達到了1,500,000rpm(2,500轉/秒)，而且運行時非常安靜(噪音僅為47dBa)，是較為先進的分析機型。裝有完善的柱面透鏡光學系統(tǒng)、干涉光系統(tǒng)和紫外吸收掃描光學系統(tǒng)，并能利用特別配制的數(shù)據(jù)處理微機自動計算沉降系數(shù)和分子量等物 理參數(shù)。老型號機型有MSE～75型(已停止生產(chǎn))制備分析兩用超速離心機等。

2、制備型超速離心機

該機型從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)的制備用超速離機最高轉速可達83,000r/min，最大相對離心力場 (R·C·F)S15，000×g以下，驅動裝置壽命已達到200億轉，同時配備有各種轉速和容量的鋁合金、鈦合金角度轉子、水平轉子、垂直轉子、區(qū)帶轉子及其它專用轉子。每種轉子配有多邊數(shù)百種的金屬或塑料離心管。

附屬設備可選配分析用光學裝置、密度梯度形成一 收集儀、用于區(qū)帶轉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。新機型具有自動化程度高(內(nèi)裝微處理程序控制機)、壽命長、噪音低、不需要水冷和故障率較低等優(yōu)點。

3、高速冷凍離心機

高速冷凍離心機一般在常壓空氣中旋轉，具有大功率驅動電機和制冷壓縮機。額定轉速在16，000--21，000r/min之間，轉子的最大線速度不超過 28Om/s(即在跨音速區(qū)以下，空氣擾動小，易于控制)。這種離心機配備有鋁合金制造的各種轉子，包括角度轉子、水平轉子、垂直管轉子、連續(xù)流動轉子、 區(qū)帶轉子和細胞淘洗轉子等，最大離心加速度在55,000xg以下。

四、離心機操作步驟和保養(yǎng)注意事項

操作步驟

1.接通電源，打開離心機蓋。

2.按要求裝配好離心管。

3.按要求安裝離心轉頭。

4.關上離心機蓋。

5.輸入離心數(shù)據(jù)，編離心程序。

6.抽真空，并開始運行程序。

7.程序結束后，去真空。

8.打開離心機蓋，取出轉頭。

9.取出離心管并進行分析。

離心管的選用

玻璃離心管絕對不能在高、超速離心機上使用。

PA管：化學性能穩(wěn)定，半透明，能耐高溫消毒。

PP管：化學性能穩(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。但不耐強酸強堿及某些有機溶劑。主要用于5萬(轉/分)以上離心。

CN管：質地較軟，透明，但不耐強酸強堿及某些有機溶劑，不能高壓消毒。適合于蔗糖、甘油等密度梯度離心。應透明，利于收集。

五、保養(yǎng)注意事項

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

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

3、使用角度頭時別忘蓋轉頭蓋，如未蓋，離心腔內(nèi)會產(chǎn)生很大的渦流阻力和摩擦升溫，這等于給離心機的電機和制冷機增加了額外負擔，影響離心機的使用壽命。

4、清潔離心機腔體和轉頭，并擦干腔內(nèi)冷凝水。

5、使用完后要打開門，直至腔內(nèi)恢復常溫。