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离心机学苑: 生化分离技术之离心分离纯化原理

时间:2017-12-07 来源: 浏览次数:1186

在生物、化学、医学等研究工作中,进行各种理化特性分析前,常需要对不同的物质组分进行纯化及提取,离心分离是对生化样品进行分离纯化时最常用的一种前处理方法。实验室离心机用于分离纯化液相非单一分散系统中各种不同密度、不同分子量的组分,利用离心力达到液冠军彩票投注-液,液-固,液-液-固组分的离心沉降,已广泛地应用于生化制品科学研究和生产部门,是一种高效快捷的样品分离纯化前处理仪器设备。图1所示为实验室离心机结构示意


1:实验室离心机结构示意图

离心力是一种惯性力,是物体做圆周运动而产生向心力的反作用力。离心机通过电机驱动转子带动离心管高速旋转,产生离心力,使离心管中的物质在离心力场中发生沉降分离。离心分离的沉降效果由相对离心力(RCF: Relative Centrifugal Force)决定。相对离心力定义为离心加速度与重力加速度的比值,按以下计算公式计算得出

 

 

g: 重力加速度,取9.81 m/s2计算

冠军彩票投注 R:离心半径 cm

N: 转速 rpm

2所示为水平转子、角转子、垂直转子的离心半径示意


2:不同形状转子离心半径示意图

也可以通过查找如图3的相对离心力标度尺估算相对离心力





3:相对离心力标度尺

对于不同物理尺度规格的生化样品,进行分离所需要的实验室离心机类型也不同,对微生物细胞,血液中的红细胞和血清等,待分离物质颗粒的直径在1微米到50微米之间,可用低速离心机分离,转速大约在4000转/分钟到7000转/分钟,相对离心力约为2000g到9420g, 一般采用台式低速离心机或落地式低速大容量离心机。对于动植物组织内的病毒等直径约为0.1微米到1微米的待分离物质,建议采用高速冷冻离心机,转速约为 10000转/分钟到20000转/分钟,离心力约为10000g到100000g. 而分离各种蛋白质、DNA、RNA等直径约为0.002微米 到0.1微米的组分,则需要用超速离心机,转速在40000转/分钟以上,离心力要求达到100000g到400000g以上。

常用的离心纯化方法包括以下三种:图4所示的差速离心法;图5所示的速率区带离心法;图6所示的等密度区带离心法

差速离心法利用不同的悬浮粒子在离心力场中沉降系数的差别,在同一离心条件下,不同粒子沉降速度不同,通过不断增加相对离心力,使一个非均匀混合液体分散系统中各种大小、形状不同的粒子分层沉淀。操作过程中一般是在第一级离心后将上清液与沉淀分开,然后将上清液再在更高转速条件下离心,分离出第二部分沉淀,如此往复逐级加高转速,逐级分离出所需要的物质。差速离心的分辨率不高,沉淀系数在同一个数量级内的各种粒子不容易分开,常用于生化样品的粗制品提取。

4:差速离心示意图

速率区带离心是指根据待分离的粒子在离心力作用下,在梯度液中沉降速度的不同,离心后具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内,形成几条分开的样品区带,达到彼此分离的目的。临床常使用的分离梯度液是聚蔗糖Ficoll、二氧化硅胶体Percoll及蔗糖。比如要从静脉血中分离出单个核细胞,前一种分离液Ficoll将血液中的所有单个核细胞(淋巴细胞和单核细胞)分为一个层,同时提取。而Percoll分离液将血液中淋巴细胞和单核细胞分为两个梯度层,分别提取。后者分离效果优于前者,但操作繁琐。梯度液在离心过程中以及离心完毕后取样时,起着支持介质和稳定剂的作用,避免因机械振动而引起已分层的粒子重悬。采用速率区带离心法时,需要严格控制离心时间,既要有足够的时间使各种粒子在介质梯度液中形成区带,又要避免任一待分离粒子形成沉淀状态。此法是一种不完全的沉降分离,沉降效果受物质本身物理尺度的影响较大,一般应用在物质大小相异而密度相同的情况。

冠军彩票投注5:速率区带离心示意图

当液体分散体系中不同颗粒存在浮力密度差时,在离心力场下,颗粒或向下沉降,或向上浮起,一直沿梯度移动到它们密度恰好相等的位置上,即等密度点,形成区带,这种离心方法被称为等密度区带离心法。等密度区带离心的离心效果取决于颗粒的浮力密度差,密度差越大,分离效果越好,与颗粒的大小和形状无关,但后两者决定着达到平衡的速率、时间和区带的宽度。该方法的特点是(1)与样品粒子的密度有关(2)与样品粒子的大小和其他参数无关 (3)转速、温度不变,则延长离心时间也不能改变这些粒子的成带位置。

6:等密度区带离心

(文:湖南湘立科学仪器有限公司 市场与产品管理部)

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湖南湘立科学仪器有限公司,是一家以实验室离心机为主业的综合性科研仪器制造企业。聚焦于生化实验室、医用、生物制药、生化科研等生命科学领域的专业离心机研发制造。拥有一流的技术支持服务团队和高效精干的商务运营团队,为科技工作者提供全程“服务力”支持。公司产品广泛用于高校生化专业教育、农业科技、生化科研、生化制药、石油化工、刑侦科学等各领域。

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