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实验室离心机及其应用

自1875年Alexander Prandtl 发明第一台离心机用于分离牛奶中的乳脂起,实验室离心机 已成为各种科学研究和临床应用当中必不可少的仪器之一。

离心是什么?

离心是利用离心力将颗粒从溶液中分离出来的一种技术。根据颗粒的大小、形状、密度、溶液的粘度等差异和离心转子转速来实现分离。

图1: 样品溶液离心前后对比图

离心的原理:

离心机利用了离心过程和离心力原理。当一个物体绕轴旋转时,就被施加一个向外的径向力。这种离心力被用来加速沉降,在这个过程中密度较大的粒子被更快地抛向外部方向。离心原理在现代实验室中广泛用于分离样品中的各种成分。

图2: 离心力原理示意图

离心机的类型:

目前市场上有各种类型的 离心机; 主要根据转速不同、制冷条件、离心机大小等进行分类。依据转速不同,可分为低速离心机、高速离心机、超速离心机等;依据能否制冷,可分为冷冻离心机和普通离心机等;依据应用场景不同,可分为实验室离心机和工业离心机等。本文主要集中讨论实验室离心机

实验室离心机通过电机驱动使悬浮液高速旋转。产生的离心力使较重的颗粒物沉积在离心管外侧,较轻的颗粒物移向中心。实验室离心机利用沉淀离心原理分离悬浊液中的可溶部分和不溶性颗粒物。当离心管中的样品被离心后,固体颗粒物就会被沉积在离心管的底部。相比耗时的过滤操作,使用离心机对样品沉淀离心分离简单方便,离心管中的固体样品也可以很容易取出。

图3: 离心机转子示意图

微量离心机 微量离心机一般只能处理0.2-10.0 mL容量范围的小体积样品,部分离心机可以放置EP管适配器。这样微量离心机就可以更换离心不同容量的EP管,从而在离心样品容量方面提供了更大的灵活性。

A 台式离心机 对小型实验室应用更有利,同时占用面积也很小。但是这台离心机只能离心少量的样品,它比较适用样本量较小的应用。台式离心机中有内置制冷设备的款式(即台式冷冻离心机),但不是所有型号都有。如果担心样品会发生热降解,推荐购买台式冷冻离心机。总的来说,台式离心机可用于多种应用,包括包括血液样本、DNA、RNA、蛋白质研究、组织培养和细胞培养等。

常规离心机 常规离心机的功能与台式离心机相同,但常规离心机比台式实验室大,也被称为立式离心机。与台式离心机相比,这类离心机需要更多的空间,但可以管理更大的样管,最大离心容量可达 750 mL。立式离心机可以有制冷功能,温度可以设置在-20℃到+ 40℃之间。这款离心机很适用于含有DNA、RNA、抗体、病毒或蛋白质等样品离心分离。

最大相对离心力超过1,000,000g (或转速150,000 RPM)的大容量离心机称为超速离心机。超速离心机可以分为制备型超速离心机和分析型超速离心机。制备型超离心分离机用于分离生物/有机成分,如DNA、RNA、脂蛋白、膜、细胞器和病毒。分析型超速离心机用于实时识别样品,可以用来确定平衡和沉降速率,分子的形状和质量。超速离心机在纳米技术领域有广泛的应用。

离心机应用领域:

离心机在实验室中有广泛的应用。以下列举的是离心机的一些常见应用:

  • 不相溶液体分离
  • 悬浊液沉淀分离
  • 血细胞提取
  • 蛋白质提取
  • 同位素分离
  • 宇航员重力模拟环境
  • 分离乳液
  • DNA提取
  • 质粒DNA提取(主要是细菌或酵母)
  • 高重力环境下的材料合成
  • 旋转清洗机