1.1: Введение в центрифугу

Центрифуга — это инструмент, используемый почти во всех биомедицинских исследовательских лабораториях по всему миру.

Центрифугирование — это процесс, при котором центрифуга используется для разделения компонентов сложной смеси.

При вращении лабораторных образцов на очень высоких скоростях компоненты данной смеси подвергаются воздействию центробежной силы, в результате чего более плотные частицы мигрируют в сторону от оси вращения, а более легкие — к ней. Эти частицы могут оседать на дне пробирки в так называемую гранулу, и этот изолированный образец или оставшийся раствор, надосадочная жидкость, может быть подвергнут дальнейшей обработке или анализу.

Основным компонентом центрифуги является ротор, который представляет собой движущуюся часть, вращающуюся с высокой скоростью.

Роторы могут быть закреплены на месте, или в центрифуге может использоваться несколько роторов, закрепленных на верхней части, называемой шпинделем.

Как правило, ротор центрифуги имеет крышку, которая плотно завинчивается, чтобы образцы не вылетали наружу.

Многие центрифуги имеют холодильную установку, которая позволяет контролировать внутреннюю температуру во время отжима.

У них также есть ручки или кнопки для ввода параметров для каждого запуска, которые могут включать продолжительность вращения, температуру и величину вращения с точки зрения скорости или относительной силы.

Скорость вращения измеряется в оборотах в минуту или оборотах в минуту. Частота вращения в минуту — это сложная величина, потому что не скорость центрифуги заставляет частицы отделяться от смеси, а сила, действующая на эти частицы.

Сила, действующая на частицу, связана с радиусом ротора центрифуги, а поскольку разные центрифуги имеют разные размеры ротора, разные силы могут быть приложены с одной и той же скоростью или оборотами в минуту.

Прочность центрифугирования также может быть количественно определена как относительная центробежная сила, или RCF. RCF обычно представляется кратным гравитационному ускорению Земли.

RCF выражается как произведение радиуса ротора на квадрат угловой скорости, деленное на гравитационное ускорение Земли.

RCF можно связать с RPM с помощью следующего уравнения, где r обозначает радиус центрифуги, измеряемый в сантиметрах.

Использование этого уравнения может означать разницу между неудачным и успешным экспериментом, но вам не обязательно применять этот расчет для каждой новой процедуры. Центрифуги часто поставляются с номограммами, которые могут помочь довольно легко преобразовать RCF в RPM. Используйте линейку, чтобы соединить радиус центрифуги и заданное значение оборотов, чтобы получить RCF.

Чтобы начать вращение образцов, учитывайте температуру. Если вы используете охлаждаемую центрифугу, то вы захотите, чтобы внутренняя температура машины достигла нужного значения перед началом вращения, или вы можете найти другие способы охлаждения ротора.

Непосредственно перед отжимом убедитесь, что все колпачки на пробирках затянуты и надежно закреплены.

При загрузке пробирок убедитесь, что каждый образец уравновешен другим образцом прямо напротив него.

Если у вас только одна трубка, то сделайте еще одну трубку, которая может выступать в качестве противовеса.

Если у вас есть три трубки, вы можете расположить их треугольником так, чтобы они были равноудалены друг от друга.

Балансировка весов в центрифуге имеет решающее значение. Роторы центрифуг развивают высокие скорости и обладают большой кинетической энергией. При неправильном балансировании вся центрифуга может сдвинуться с места и нанести серьезный ущерб.

Убедившись, что ротор и крышка надежно закреплены, запустите центрифугу и оставайтесь до тех пор, пока она не достигнет желаемой скорости. Если вы заметили проблему, позвоните и опытный сотрудник лаборатории придет вам на помощь.

Когда центрифугирование будет завершено, вы сможете увидеть свой биологический образец на дне пробирки в виде гранулы, которая отделилась от остального раствора, или надосадочной жидкости.

Надосадочная жидкость может быть удалена либо путем сцеживания (причудливое название для выливания), либо путем аспирации (причудливый термин для использования отсасывания) для ее удаления.

Затем очищенный образец может быть возвращен в раствор с помощью процесса, называемого resuspending. Повторение центрифугирования, или вращения клеток, с последующей аспирацией клеток и суспендированием в буфере, часто называют промывкой клеток.

Теперь, когда вы ознакомились с некоторыми основами центрифугирования, пришло время взглянуть на некоторые типы центрифуг и процедуры, которые вы можете выполнять с их помощью.

Центрифуги с фиксированным углом наклона, вероятно, являются наиболее распространенным типом этого инструмента, с которым вы столкнетесь в лаборатории. Многие настольные центрифуги подходят под эту категорию.

Эти центрифуги, в которых пробирки находятся в фиксированном и наклонном положении, используются в протоколах дифференциального центрифугирования. В этих протоколах серия центрифугирования на разных скоростях может быть использована для очистки биологических образцов, таких как клетки животных. Как правило, эти протоколы включают в себя несколько этапов промывки клеток.

В отличие от роторов с фиксированным углом, поворотные роторы имеют гибкие держатели трубок, которые позволяют образцам вращаться наружу. Эти роторы полезны в таких приложениях, как центрифугирование с градиентом плотности, когда биологические образцы мигрируют в отдельные слои градиентной среды. Этот тип центрифугирования полезен для быстрой изоляции одного типа клеток от другого или для выделения отдельных органелл.

Наконец, ультрацентрифуга является старшим братом всех центрифуг, которые вы найдете в лаборатории. Он может вращаться со скоростью более 70 000 оборотов в минуту, что делает его хорошо подходящим для выделения мелких частиц, таких как ДНК или вирусы.

Из-за высоких скоростей этой центрифуги следует уделять особое внимание правильному балансированию нагрузки и надежности ротора и крышки.

Вы только что посмотрели введение JoVE в центрифугирование. В этом видео мы рассмотрели: что такое центрифуга и как она работает, как эксплуатировать и запускать центрифугу, некоторые меры предосторожности и различные области применения центрифуги. Спасибо, что смотрите, и не забывайте балансировать трубки.