Центрифугирование - это процесс разделения смесей или веществ на основе различий в их плотности при помощи центробежной силы. В лабораторных условиях центрифугирование широко используется для различных целей, таких как отделение компонентов крови, очистка проб от осадка, концентрирование образцов и многое другое.
Центрифугирование относится к технике, в которой раствор вращается с высокой скоростью вокруг оси, что позволяет некоторым компонентам осесть под действием центробежной силы, в то время как другие компоненты остаются над осадочной жидкостью. Это самая базовая операция в биохимии.
Принцип работы центрифуги основан на создании высокой центробежной силы, которая действует на образец, помещенный в специальную пробирку или ротор. При вращении центрифуги образец подвергается силе, направленной от центра вращения к периферии. Это приводит к разделению компонентов образца в зависимости от их плотности.
Во время центрифугирования более плотные компоненты образца седиментируют на дно пробирки или ротора, а менее плотные компоненты остаются в верхней части. После окончания центрифугирования можно собрать разделенные компоненты для дальнейшего анализа или использования.
Развитие современного ультра центрифугирования позволило разделить многие белки и нуклеиновые кислоты. Ультра центрифугирование также можно использовать для определения их однородности и чистоты, а также определить их молекулярной массы.
Центрифугирование стало незаменимым экспериментальным методом в клинических анализах (отделение сыворотки, приготовление различных компонентов крови, приготовление депротеинизированного фильтрата крови, осаждение осадка мочи и разделение иммунных комплексов в радиоиммунологическом анализе) и т. д. Чтобы способствовать испарению жидкости, применяется вакуумное центрифугирование, аналогично может быть достигнуто концентрирование и сушка.
Обычно центробежная сила (F) пропорциональна эффективной массе (m) осевших частиц (или молекул), а также центробежному радиусу (r) и квадрату угловой скорости (ω):
F = m*w2*r
Если центробежная сила выражается в кратных силы тяжести (g), это называется относительной центробежной силой (RCF).
RCF = (1.119x10-5)(об/мин) 2r
В приведенной выше формуле представлено число оборотов в минуту, а r - это радиус центрифуги. К примеру установим r = 7 см, об / мин = 20000 об / мин (оборот / мин), тогда RCF = 32000g (получено из приведенной выше формулы).
Как правило, ядро может оседать при 600 г, а митохондрии могут оседать только при 20000 г. Для осаждения биологических макромолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты, RCF необходимо увеличить на 105-106g, что является ультра центрифугированием.
Скорость ультрацентрифуги может достигать 120000 об / мин, что эквивалентно 6x105 г. При ультра центрифугировании отношение скорости осаждения (ν) частиц к центробежному ускорению (w2r) называется коэффициентом (S) осаждения. Время S большинства биологических макромолекул находится в диапазоне от 10-13 до 10-11 (секунд), для удобства оно выражается в единицах Сведберга (С), S=1x10-13с (секунд). Чем больше число S, тем тяжелее масса частицы. Как правило, коэффициент осаждения белка составляет 1 С ~ 10 С, а коэффициент осаждения нуклеиновой кислоты составляет 30 С ~ 50 С.
Чтобы улучшить эффект разделения при ультра центрифугировании и избежать нарушения слоя жидкости при оседании более тяжелых частиц, существует конструкция центрифугирования с градиентом плотности. Это делается для добавления растворов сахарозы различной плотности в центрифужную пробирку перед центрифугированием, плотность которых последовательно уменьшается от нижней части пробирки к верхней части пробирки, а отделяемый раствор добавляется в верхний слой. После центрифугирования частицы (или молекулы) разной массы распределяются слоями разной плотности. Так же существуют компоненты, которые растворяют раствор, подлежащий разделению, в другом растворе (жидкости с плотностью) (например, 6MCsCI), и расслаиваются при осаждении жидкости с плотностью во время центрифугирования. Таким образом, может быть достигнут лучший эффект разделения.
Центрифугирование имеет широкий спектр применений в различных областях, включая медицину, биологию, химию, фармацевтику и другие. Оно позволяет получить чистые образцы, разделить смеси и улучшить качество исследований и анализа.
