Что такое центрифугирование? Под этим термином понимается процесс, при котором под действием центробежной силы происходит сепарация, иными словами, разделение систем, являющихся неоднородными. Пример – отделение твёрдых частиц от окружающей их жидкости, гомогенной смеси либо суспензии. В этой статье расскажем подробно о центрифугировании, о его видах и особенностях оборудования – центрифуг.
О возникновении метода
История открытия методики уходит корнями в давние времена, когда центробежную силу задействовали в производствах. Но основы, которые стали практически инновацией, были заложены относительно недавно – в позапрошлом девятнадцатом столетии. Тогда развивались такие науки, как биология и химия. Это ознаменовало необходимость появления инструмента, который помогал бы эффективно и быстро разделять компоненты смесей.
Принципы современной центрифужной сепарации разработал на заре XX века Теодор Сведберг. Он был химиком шведского происхождения, который удосужился чести получить статус лауреата Нобелевской премии. Этот учёный внёс огромный вклад в зарождение и развитие ультрацентрифугирования. Метод помог эффективно разделять и анализировать биомолекулы, а также стал основой современных технологий.
Зачем может потребоваться центрифугирование: использование в разных сферах
Сегодня такой процесс задействуется в различных областях науки, производств, исследований. Примеры применения:
- Диагностика в клиниках и лабораториях: проведение анализов крови, получение выделенной сыворотки или плазмы, освобождённой от форменных компонентов (клеток), для выявления биомаркеров отдельных болезней.
- Фармацевтическая отрасль: очищение сырья при производстве препаратов, выделение некоторых компонентов.
- Биомедицинская исследовательская деятельность: очистка белков, выделение необходимых клеток, высокоэффективная экстракция ДНК.
- Пищевая промышленность: концентрирование некоторых ингредиентов продуктов питания, осветление напитков и других жидкостей, получение сливок из молока.
- Молекулярная биология: подготовка биологических материалов к исследованиям, определение молекулярного веса некоторых соединений органического типа, механическое разделение молекул.
- Атомная промышленность: работы по обогащению урана.
- Экология: очистка сточных бытовых и промышленных вод от органики, твёрдых примесей.
- Газовая, нефтяная промышленность – осуществляемая при бурении обработка смесей газа, воды и нефти.
Различные методы центрифугирования
Классификация предполагает деление центрифугирования на виды по особенностям протекания сепарации:
- С градиентом плотности. Такой вариант применяют, если нужно распределять частицы по некоторым их свойствам – формам, значениям плотности, размерам. Данный метод подразделяется на подвиды: зональный, изопикнический. В первом случае проба тонко наслаивается на буферный раствор, через который проходят частицы с большей плотностью. При втором методе образец равномерно внедряется в весь объём раствора. Градиент образуется благодаря диффузии (взаимному проникновению частиц) и седиментации (осаждению).
- Метод дифференциального центрифугирования. В его основе – разница скоростей седиментации, то есть осаждения компонентов, находящихся под влиянием центробежной силы. Сначала образец обрабатывается на низкоскоростном режиме, при этом тяжёлые частицы осаждаются, оказываются на дне. Надосадочная жидкость с лёгкими частицами собирается и центрифугируется на увеличенной скорости. Процесс повторяется до получения ожидаемых результатов. Этот метод центрифугирования требует участия обученных экспертов и их профессионализма.
- Ультрацентрифугирование. Назначение – разделение рибосом, вирусов, макромолекул и прочих мельчайших частиц. Методика делится на препаративное и аналитическое центрифугирование. Последнее рассчитано на распределение частиц в смесях, а также на выяснение их свойств – плотности, конфигураций, размеров. Для использования метода нужны контролируемые стабильные условия, а также особые аналитические программы. А цели препаративного центрифугирования – это получение биоматериалов, которые далее будут исследоваться. При таком методе выделяются большие количества клеточных элементов, для которых определяются морфология, структура, биологическая активность.
Классификация аппаратов для центрифугирования
Сначала рассмотрим принцип работы центрифуги. Этот аппарат, называемый иначе сепаратором, формирует центробежное поле. Ключевой частью прибора является ротор, оснащённый гнёздами для размещения пробирок. За счёт вращения с очень высокой скоростью создаётся центробежная сила. Частицы, обладающие большей плотностью, движутся к внешнему краю ротора. А менее плотные, более лёгкие компоненты продолжают оставаться в области оси, то есть центра.
По исполнению ротора устройства делятся на:
- Поворотные. У них роторные чаши крутятся вокруг оси.
- С постоянным углом. Здесь ёмкости расположены относительно оси вращения под определённым углом.
По габаритам центрифуги бывают следующих типов:
- Стандартные – средних размеров, подходящих для размещения на крупной лабораторной мебели или на полу.
- Настольные – подходящие для установки на рабочем месте лаборанта.
- Микроаппараты. Это компактные модели, которые можно размещать даже в ограниченных пространствах.
По скорости приборы делятся на стандартные и ультрацентрифуги, работающие на критически высоких скоростях.
По кругу решаемых задач центрифуги бывают трёх видов:
- Общего назначения. Их применяют в медицинской и лабораторной деятельности. Такие модели могут вмещать до 6 литров, развивают скорость до 6000 оборотов в минуту. Ротор здесь жёстко фиксируется на приводном валу, а пробирки точно центрируются.
- Скоростные. У них максимальный скоростной режим – до 25 000 об/мин. Ускорение при этом доходит до 89 000 g. В камере с центрифугируемыми пробами обычно предусматривается охлаждение во избежание нагрева.
- Препаративные ультрацентрифуги. Они способны разгоняться до 75 тыс. оборотов в минуту и демонстрировать ускорение до 510 000 g. Такие модели снабжаются вакуумным и охлаждающим устройствами, титановым прочным ротором.
Также существуют современные цифровые приборы, в которых команды задаются пользователем через панель управления, а рабочие параметры отображаются на дисплее.
Заключение
Чтобы центрифугирование было эффективным и протекало без больших усилий, для его реализации нужно приобрести лабораторное оборудование, обладающее надёжностью, высоким качеством и хорошей производительностью. В каталоге интернет-магазина «Пять Капель» представлены модели российских и зарубежных производителей, соответствующие мировым стандартам.
