원심분리기 입문

원심분리기는 전 세계 거의 모든 생의학 연구 실험실에서 사용되는 기기입니다.

원심분리는 원심분리기를 사용하여 복잡한 혼합물의 성분을 분리하는 과정입니다.

실험 시료를 매우 빠른 속도로 회전시키면, 주어진 혼합물의 성분들이 원심력을 받게 되어 밀도가 더 높은 입자는 회전축에서 멀어지고 밀도가 낮은 입자는 회전축 쪽으로 이동하게 됩니다. 이러한 입자들은 튜브 바닥에 가라앉아 펠릿(pellet)이라고 알려진 침전물을 형성하며, 이렇게 분리된 시료 또는 남은 용액인 상층액(supernatant)을 추가로 처리하거나 분석할 수 있습니다.

원심분리기의 핵심 구성 요소는 고속으로 회전하는 가동 부품인 로터입니다.

로터는 위치가 고정되어 있을 수도 있고, 스핀들이라고 불리는 부품 위에 여러 개의 로터가 고정되어 사용되는 원심분리기일 수도 있습니다.

일반적으로 원심분리기 로터에는 시료가 밖으로 튀어 나가는 것을 방지하기 위해 단단히 조이는 뚜껑이 있습니다.

많은 원심분리기는 회전하는 동안 내부 온도를 조절할 수 있는 냉각 장치를 갖추고 있습니다.

또한 각 가동 시의 파라미터를 입력하기 위한 노브나 버튼이 있으며, 여기에는 회전 시간, 온도, 그리고 속도나 상대적 힘으로 표현되는 회전 강도가 포함될 수 있습니다.

회전 속도는 분당 회전수인 RPM으로 측정됩니다. 하지만 혼합물에서 입자를 분리시키는 것은 원심분리기의 속도가 아니라 입자에 작용하는 힘이므로, RPM은 까다로운 수치입니다.

입자에 작용하는 힘은 원심분리기 로터의 반지름과 관련이 있으며, 원심분리기마다 로터 크기가 다르기 때문에 동일한 속도 또는 RPM에서도 서로 다른 힘이 가해질 수 있습니다.

원심분리의 강도는 상대 원심력인 RCF로도 정량화할 수 있습니다. RCF는 일반적으로 지구 중력 가속도의 배수로 표시됩니다.

RCF는 로터의 반지름과 각속도의 제곱의 곱을 지구 중력 가속도로 나눈 값으로 표현됩니다.

RCF는 다음 방정식으로 RPM과 연관 지을 수 있으며, 여기서 r은 센티미터로 측정된 원심분리기의 반지름을 나타냅니다.

이 방정식을 사용하는지 여부가 실험의 성패를 가를 수 있지만, 모든 새로운 절차마다 이 계산을 적용할 필요는 없습니다. 원심분리기에는 대개 RCF를 RPM으로 쉽게 변환할 수 있도록 도와주는 노모그램이 함께 제공됩니다. 자를 사용하여 원심분리기의 반지름과 주어진 RPM 값을 연결하면 RCF를 얻을 수 있습니다.

시료의 원심분리를 시작하기 전 온도를 고려하십시오. 냉장 원심분리기를 사용하는 경우, 회전을 시작하기 전에 기기의 내부 온도가 원하는 값에 도달하도록 하거나 다른 방법으로 로터를 냉각시켜야 합니다.

원심분리를 시작하기 직전에 모든 튜브의 캡이 단단히 조여져 있고 고정되었는지 확인하십시오.

튜브를 장착할 때, 각 시료가 바로 맞은편에 있는 다른 시료와 무게 균형을 이루도록 하십시오.

튜브가 하나만 있는 경우에는 무게 중심을 잡기 위해 대조용 튜브를 하나 더 만드십시오.

튜브가 세 개인 경우에는 서로 같은 거리가 되도록 삼각형 형태로 배치할 수 있습니다.

원심분리기 내의 무게 균형을 맞추는 것은 매우 중요합니다. 원심분리기 로터는 고속으로 회전하며 매우 큰 운동 에너지를 갖습니다. 균형이 제대로 맞지 않으면 원심분리기 장치 전체가 설치 위치에서 튕겨 나가 심각한 손상을 입힐 수 있습니다.

로터와 덮개가 고정된 것을 확인한 후, 원심분리기를 가동하고 원하는 속도에 도달할 때까지 곁에서 지켜보십시오. 문제가 발견되면 실험실의 숙련된 구성원에게 도움을 요청하십시오.

원심분리가 완료되면, 나머지 용액인 상층액(supernatant)과 분리되어 튜브 바닥에 펠렛(pellet) 형태로 가라앉은 생물학적 시료를 확인할 수 있습니다.

상층액은 데칸테이션(decanting, 액체를 따라내는 것)하거나 흡입(aspirating, 흡입기를 사용하여 제거하는 것)하여 제거할 수 있습니다.

정제된 시료는 이후 재부유(resuspending)라고 하는 과정을 통해 다시 용액으로 되돌릴 수 있습니다. 세포를 원심분리(spinning cells)하고, 상층액을 흡입한 후, 완충액에 재부유시키는 과정을 반복하는 것을 흔히 세포 세척(washing cells)이라고 합니다.

원심분리의 기초를 살펴보았으므로, 이제 다양한 종류의 원심분리기와 이를 이용해 수행할 수 있는 절차들에 대해 알아보겠습니다.

고정각 로터 원심분리기는 실험실에서 가장 흔하게 접하게 될 장비 유형일 것입니다. 많은 탁상형 원심분리기가 이 범주에 속합니다.

튜브가 고정된 각도로 배치되는 이 원심분리기는 차등 원심분리 프로토콜에 사용됩니다. 이러한 프로토콜에서는 서로 다른 속도로 일련의 원심분리를 수행하여 동물 세포와 같은 생물학적 시료를 정제할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 프로토콜에는 여러 번의 세포 세척 단계가 포함됩니다.

고정각 로터와 대조적으로, 스윙 로터는 유연한 튜브 홀더를 가지고 있어 시료가 바깥쪽으로 회전할 수 있게 합니다. 이러한 로터는 생물학적 시료가 밀도 구배 매질의 서로 다른 층으로 이동하는 밀도 구배 원심분리와 같은 응용 분야에 유리합니다. 이 유형의 원심분리는 한 종류의 세포를 다른 세포로부터 빠르게 분리하거나, 개별 세포 소기관을 분리하는 데 유용합니다.

마지막으로, 초원심분리기는 실험실에서 볼 수 있는 모든 원심분리기 중 가장 강력한 장비입니다. 70,000 rpm 이상의 속도로 회전할 수 있어 DNA나 바이러스와 같은 작은 입자를 분리하는 데 매우 적합합니다.

이 원심분리기는 회전 속도가 매우 높기 때문에, 시료의 균형이 적절히 맞았는지, 그리고 로터와 덮개가 모두 단단히 고정되었는지 확인하는 데 각별한 주의를 기울여야 합니다.

지금까지 JoVE의 원심분리 소개 영상을 시청하셨습니다. 이번 영상에서는 원심분리기의 정의와 작동 원리, 원심분리기 조작 및 가동 방법, 몇 가지 안전 주의 사항, 그리고 원심분리의 다양한 응용 분야에 대해 살펴보았습니다. 시청해 주셔서 감사하며, 튜브의 균형을 맞추는 것을 잊지 마십시오.