實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)

實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)用于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品制備， 離心是利用離心機(jī)驅(qū)動(dòng)離心容器做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力以及被離心樣本物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力密度的差別，完成分離、 濃縮及提取制備， 分析測(cè)定生物分子分子量及純度的一項(xiàng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)， 其應(yīng)用覆蓋醫(yī)學(xué)乃至生命科學(xué)諸多專業(yè)實(shí)驗(yàn) 因此， 研究離心力與被離心樣品間的相互作用關(guān)系， 規(guī)范使用和維護(hù)技術(shù)流程甚為重要。 研究探討規(guī)范實(shí)驗(yàn)室離心技術(shù)的應(yīng)用與儀器維護(hù)， 旨在制定風(fēng)險(xiǎn)控制的操作規(guī)范、 監(jiān)測(cè)、 維護(hù)、 保養(yǎng)以及生物安全等系列措施， 建立實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)技術(shù)保障。

1 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室離心技術(shù)的選擇

根據(jù)離心機(jī)相對(duì)離心力(relative centrifugal force，RCF)上限和主要應(yīng)用， 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用離心機(jī)大致可分為低速離心機(jī)、 通用離心機(jī)、 高速離心機(jī)及超速離心機(jī)4種。

1.1 離心機(jī)的選擇

(1)低速離心機(jī)。 RCF≤ 7 000 g； 細(xì)胞或細(xì)胞碎片沉降分離， 過(guò)濾、 透析、 親和柱提純； 大容量機(jī)型(4～12 L)常用于血站或血庫(kù)實(shí)驗(yàn)室。

(2)通用離心機(jī)。 RCF≤30 000 g； 除具備低速功能外還部分兼顧核酸、 蛋白及質(zhì)粒提取等高速功能

(3)高速離心機(jī)。 RCF≤100 000 g； 核酸、 蛋白及質(zhì)粒提取； 兼顧亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和病毒分離； 密度梯度離心。

(4)超速離心機(jī)。 RCF≤ 1 050 000 g； 核酸純化CsCl； 亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、 細(xì)胞器、 病毒及脂蛋白分離； 密度梯度離心

1.2 常用離心參數(shù)

(1)離心速度。 在離心驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)的速度， 單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(revolution per minute，RPM)(r/min)。

(2)相對(duì)離心力 。 物體以一定的角速度做圓 周運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生離心力 F=ω

2 r。 但離心力 要克服與其相垂直的地球重力(gravity)以及樣品粒子的摩擦力

和浮力影響(后兩者可忽略不計(jì))， 故以RCF表示，RCF=ω2 r/980， 等于在離心場(chǎng)中作用于樣本粒子上的離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù)， 單位是重力加速度g(1 g＝ 980 cm/s 2 )， RCF1000× g則是重力加速度的1000倍。 RCF的大小與離心速度及在離心容器中粒子距心軸的路徑(實(shí)際離心半徑)有關(guān)， 即RCF=1. 12r(RPM/1000) 2 ， 故有、 平均和最小RCF之分。樣品粒子能否得到有效分離主要取決于RCF， 文獻(xiàn)中常給出RCF為離心條件。 轉(zhuǎn)頭額定轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的RCF可以通過(guò)離心半徑-RCF-RPM曲線換算， 但精確RCF值應(yīng)查找生產(chǎn)廠轉(zhuǎn)頭參數(shù)表。

(3)沉降系數(shù)(sedimentation coefficient， S)。 是樣本粒子重要的物理化學(xué)參數(shù)， 以Svedbergs值(S值=10 -13 s)表示對(duì)應(yīng)離心力樣品粒子的沉降速率， 不同S值樣品粒子所需離心時(shí)間(沉降至容器底部)的表達(dá)式為t=1/S ω

常見(jiàn)分離生物樣本的

(4)K因數(shù)值(K-factor)。 反映離心轉(zhuǎn)頭的效率，與其大小、 材質(zhì)和速度有關(guān)。 利用K值可估算出某S值樣本粒子的沉降時(shí)間： t=K/S； K值越小， 轉(zhuǎn)頭離心效率越高， 粒子沉降所需時(shí)間越短 [5] 。

2 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)的離心技術(shù)

根據(jù)離心力與被離心物質(zhì)間的相互作用方式， 可分為差速離心與密度梯度離心。

2.1 差速離心

差速離心是利用離心樣本組分中不同沉降系數(shù)粒子的沉降速度差別(如各細(xì)胞組分)， 經(jīng)一定速度、 一定離心力及一定時(shí)間離心， 先后沉降而得到分離。 在此過(guò)程中樣本往往被分離為沉淀物和上清液兩部分，其前提是待分離的兩種或數(shù)種粒子的S值的差值足夠離心樣品 S值 RCF(g) RPM(r/min)細(xì)胞 ～10 7 ＞200 ＞1500細(xì)胞核 4× 10 6 ～10 7 600～800 3000

細(xì)菌、 線粒體 2× 10 4 ～7× 10 4 微粒體 50～1× 10 4 10 000～100 000 10 000～30 000病毒、 DNA 10～120 ～100 000 ～30000RNA 4～50 100 000～400 000 30 000～60 000蛋白質(zhì) 2～25 400 000 60 000離心技術(shù) 固定角轉(zhuǎn)頭 水平轉(zhuǎn)頭 垂直轉(zhuǎn)頭

差速離心離心沉降離心時(shí)間短， 壁效應(yīng)壁效應(yīng)最小， 時(shí)間較長(zhǎng)沉淀物涂于管壁

差速區(qū)帶離心離心路徑長(zhǎng)度不適路徑長(zhǎng)度好， 時(shí)間較長(zhǎng)離心路徑短等密度離心離心路徑短

離心時(shí)間長(zhǎng)離心時(shí)間最短