Grundlegende Einführung in Zentrifugen
1.Zentrifuge
Unter Zentrifugation versteht man die Methode zur Trennung von Gemischen mittels Rotation und Zentrifugalkraft. Während des Zentrifugationsprozesses können verschiedene Eigenschaften von Partikeln getrennt werden, darunter Größe, Form, Dichte und Viskosität. Eine Zentrifuge ist ein Laborgerät, das zur Trennung von Flüssigkeiten, Gasen oder Flüssigkeiten basierend auf der Dichte verwendet wird.
Das Prinzip der Zentrifugation ist das Prinzip der Schwerkraftsedimentation. Der Rotor der Zentrifuge wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht, um eine relativ starke Zentrifugalkraft zu erzeugen, die die Sedimentation feiner Partikel in der Flüssigkeit beschleunigt und dadurch die Trennung von Flüssigkeit und feinen Partikeln erreicht.
Derzeit werden Zentrifugen in Chemie, Biologie, Biochemie und klinischen Labors eingesetzt, beispielsweise zum Testen der Sedimentationsrate verschiedener Blutzellen. Die Zentrifugaltechnologie wird auch bei der Herstellung von biologischen Produkten und APIs sowie bei der biopharmazeutischen Analyse von Arzneimitteln eingesetzt und wird sogar bei der Trennung von Milchrahm (Fett), der Wasseraufbereitung und anderen Bereichen eingesetzt.
2.Zentrifugenkomponenten
Einige gemeinsame Teile von Zentrifugen werden wie folgt vorgestellt:
01.Motor
Der Motor ist die leistungsstarke Kernkomponente, die die Rotation in einer Zentrifuge erzeugt.
02.Rotormontage
Die Antriebswelle und der Rotor bilden die Rotorbaugruppe. Die Antriebswelle bietet Unterstützung für die Rotorkomponenten. Der Rotorkopf ist mit einem Motor verbunden, der mit einem Behälter zur Aufnahme des Reagenzglases mit der zu zentrifugierenden Probe ausgestattet ist. Zwei Rotoren mit unterschiedlichen Durchmessern können die gleiche Drehzahl haben, und unterschiedliche Radien und Drehimpulse führen zu unterschiedlichen Beschleunigungen solcher Rotoren. Es gibt drei Haupttypen von Rotoren:
Festwinkelrotoren: Diese Rotoren fixieren das Röhrchen in einem Winkel von 14° bis 40° zur Vertikalen, sodass die Partikel kurze Distanzen zurücklegen können, während sie sich radial nach außen bewegen, und werden für die Differenzzentrifugation verwendet. Da die Richtung der Sedimentation mit der Richtung der Zentrifugalkraft übereinstimmt, erfolgt die Sedimentation in einem Winkel an der Rohrwand. Die Partikel (Sedimentklumpen) kollidieren mit der Wand und setzen sich dann an den Ecken des Sockels und der Wand ab.
Schwingzylinder/horizontaler Rotor: Diese Rotoren schwenken beim Beschleunigen zusammen mit dem Zentrifugenröhrchen in eine horizontale Position, wodurch sich die Partikel über eine längere Distanz bewegen können, wodurch eine einfachere Trennung von Überstand und Pellet für die Dichtegradientenzentrifugation erleichtert wird.
Vertikaler Rotor: Wenn das Rohr vertikal, also parallel zur Motorachse, gehalten wird, ist die Entfernung, über die sich die Partikel bewegen, kürzer und die Trennzeit ist kürzer. Es wird für die isopyknische und Dichtegradiententrennung verwendet.
03.Container
Verschiedene Arten von Behältern, wie Reagenzgläser, Blutbeutel, Küvetten, Zentrifugenröhrchen usw., sind im Rotor befestigt, sodass sich die Probe mitrotiert, wenn sich der Rotor dreht.
04.Systemsteuerung
Wird zur Steuerung verschiedener Parameter wie Temperatur, Drehzahl (Rcf oder U/min) usw. verwendet.
05.Verriegelung
Der Riegel hält den Deckel geschlossen, wenn ein Reagenzglas zerbricht oder andere Probleme auftreten, während die Zentrifuge läuft.
06.Cover
Um Unfälle zu vermeiden, dreht sich die Zentrifuge nur, wenn der Deckel geschlossen und verriegelt ist.
3. Arten der Zentrifugaltechnologie
Es gibt zwei Arten von Zentrifugationstechniken, nämlich die präparative Zentrifugation und die analytische Zentrifugation. Die präparative Zentrifugation umfasst die Trennung und Reinigung von Komponenten wie Geweben, Zellen, subzellulären Strukturen, Membranvesikeln und anderen biochemisch relevanten Partikeln. Im Gegensatz dazu wird eine analytische Zentrifugation durchgeführt, um gereinigte Biomoleküle zu charakterisieren.
01. Präparative Zentrifugation
Je nach Suspensionssituation wird die präparative Zentrifugation in Differenzzentrifugation und Dichtegradientenzentrifugation unterteilt.
001. Differenzielle Zentrifugation
Es trennt Partikel nach Form, Größe und Dichte. Suspensionen von Partikeln unterschiedlicher Dichte oder Größe setzen sich unterschiedlich schnell ab, wobei sich größere und dichtere Partikel schneller absetzen. Eine Reihe zunehmender Zentrifugalkraftzyklen an einer Zellsuspension führt zu einer Reihe von Pellets, die Zellen mit verringerten Sedimentationsraten enthalten.
002. Dichtegradientenzentrifugation
Trennen Sie Partikel anhand ihrer Auftriebsdichte oder Absetzgeschwindigkeit. Die Probenmischung wird zur DNA-Bandierung und Trennung von Plasmiden, Nukleoproteinen und Viren auf einen vorgefertigten Flüssigkeitsdichtegradienten gelegt. Nabr und Nai werden zur Fraktionierung von Lipoproteinen verwendet; Percoll, Ficoll, Metrizamid und Dextran werden zur Trennung ganzer Zellen verwendet, Saccharoselösung wird zur Isolierung von Dnase, Rnase und Protease verwendet.
Die Dichtegradientenzentrifugation ist in die Zonenzentrifugation und die isopyknische Zentrifugation unterteilt.
Beschleunigen Sie die zonale Zentrifugation: Die Probe wird als kleiner Bereich an der Spitze des Dichtegradienten abgedeckt. Abhängig von ihrer Masse bewegen sich Partikel aufgrund der Zentrifugalkraft mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Größe und Masse sind die Hauptdeterminanten der Partikelsedimentationsgeschwindigkeit. Wenn ein Partikelband in einem dichten Medium absinkt, bilden sich Regionen mit Partikeln vergleichbarer Größe, wenn sich schneller absetzende Partikel an langsameren Partikeln vorbeiziehen.
Isopyknische Zentrifugation: Bei der isopyknischen Trennung (auch Auftriebstrennung oder Gleichgewichtstrennung genannt) werden Partikel ausschließlich aufgrund ihrer Dichte getrennt. Das Gradientenmedium muss eine höhere Dichte aufweisen als die zu trennenden Partikel. Die Partikel wandern unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft und des Dichtegradienten der homogen gemischten Probe, bis ihre Dichte der des umgebenden Mediums entspricht. Nach der Zentrifugation setzen sich Partikel einer bestimmten Dichte ab, bis ihre Dichte der Dichte des Gradientenmediums entspricht (d. h. der Gleichgewichtsposition).
02.Analytische Zentrifugation
Der Zweck der analytischen Zentrifugation besteht darin, Informationen zur Charakterisierung rotierender Proben (Sedimentationsgeschwindigkeit, Viskosität, Konzentration usw.) zu sammeln, das relative Molekulargewicht gelöster Stoffe und die Reinheit von Biomolekülen zu bestimmen, Konformationsänderungen in der Proteinstruktur zu erkennen usw.
4. Arten von Zentrifugen
Der Zweck der analytischen Zentrifugation besteht darin, Informationen zur Charakterisierung rotierender Proben (Sedimentationsgeschwindigkeit, Viskosität, Konzentration usw.) zu sammeln, das relative Molekulargewicht gelöster Stoffe und die Reinheit von Biomolekülen zu bestimmen, Konformationsänderungen in der Proteinstruktur zu erkennen usw.
01. Tisch- oder Tischzentrifuge
Aufgrund ihrer geringeren Größe sind sie sehr praktisch für kleine Labore mit begrenztem Platzangebot
Diese sind kompakt und werden häufig in Forschungs- und klinischen Labors eingesetzt
Tischzentrifuge mit Deckel, der die zum Betrieb der Zentrifuge verwendete Ausrüstung und einen Rotor mit Reagenzglasgestellen abdeckt
02. Gaszentrifuge
Sie dienen zur Trennung von Molekülen nach Masse und Gasen nach Isotopen
Insbesondere werden sie bei der Gewinnung und Trennung von Uran-235 und Uran-238 verwendet
03. Hämatokrit-Zentrifuge
Hämatokrit-Zentrifugen arbeiten mit Geschwindigkeiten von 7.000 bis 15.000 U/min
Der Hauptzweck einer Hämatokrit-Zentrifuge besteht darin, den volumenbasierten Prozentsatz der roten Blutkörperchen im Blut zu berechnen. Es wird zur Herstellung von Plasma für die photometrische Analyse der Bilirubinkonzentration im Blut von Neugeborenen verwendet
04. Mikrozentrifuge
Aufgrund ihres äußerst kompakten Formfaktors haben sie eine sehr kleine Stellfläche und nehmen nur minimalen Platz auf Ihrem Arbeitsplatz ein
Diese funktionieren gut mit kleinen Röhrchen (bis zu 2,0 ml) und werden häufig in biologischen Anwendungen verwendet
Sie werden verwendet, um kleine Mengen Wasserproben zu mikrofiltrieren und ausgefällte Nukleinsäuren, Proteine und andere Materialien in Lösung zu halten
05. Gekühlte Zentrifuge
Diese Zentrifugen arbeiten mit maximaler Geschwindigkeit und halten gleichzeitig eine konstante Temperatur aufrecht
Es wird zur Analyse von DNA, RNA, PCR und Antikörpern verwendet, da sein Temperaturbereich zwischen -20 und -40 Grad Celsius liegt
Sie werden oft verwendet, um ausgefällte Materialien, einschließlich Hefezellen, Chloroplasten usw., schnell zu sammeln.
06. Hochgeschwindigkeitszentrifuge
Eine Hochgeschwindigkeitszentrifuge ist eine etwas schnellere Zentrifuge im Bereich von 15.000 bis 30.000 U/min.
Hochgeschwindigkeitszentrifugen enthalten ein Gerät, das Temperatur und Betriebsgeschwindigkeit reguliert und für kritische Analysen feiner Biomoleküle verwendet wird.
Diese Zentrifugen verwenden drei Arten von Rotoren: Festwinkelrotoren, Becherrotoren und Vertikalrotoren
07. Niedriggeschwindigkeitszentrifuge
Diese werden typischerweise in Laboratorien zur routinemäßigen Partikelsortierung mit einer Höchstgeschwindigkeit von 4.000–5.000 U/min eingesetzt
Die Temperaturanpassung ist selten und erfolgt normalerweise bei Raumtemperatur
Diese Zentrifugen sind als Becher- und Festwinkelrotortypen erhältlich
08. Durchlaufzentrifuge
Es kann große Probenmengen zentrifugieren, ohne die Sedimentationsrate zu beeinflussen
Sie verfügen außerdem über eine größere Kapazität und sparen Zeit, da kein wiederholtes Laden und Entladen von Proben wie bei Standardzentrifugen erforderlich ist
09. Ultrazentrifuge
Eine Ultrazentrifuge ist eine hochentwickelte und hochentwickelte Zentrifuge, die winzige Moleküle trennen kann, die mit herkömmlichen Zentrifugen nicht schnell getrennt werden können
Drehzahlbereich des Ultrazentrifugenrotors von 60.000 bis 150.000 U/min
Sie führen Proben als gruppierte oder kontinuierliche Durchflusssysteme und in größeren Maßstäben durch
010. Präparative Ultrazentrifuge
Präparative Ultrazentrifugen sind Zentrifugen, die zur Trennung von Partikeln in Experimenten durch Zentrifugation eingesetzt werden
Bei der Vorbereitung einer Ultrazentrifuge für den Betrieb ist der Inhalt des Reagenzglases
Wird nach dem Zentrifugationsprozess überprüft, im Gegensatz zu einer zur Analyse verwendeten Zentrifuge, bei der der Inhalt während des Zentrifugationsprozesses überprüft wird.
011. Analytische Ultrazentrifuge
Analytische Zentrifugen sind Ultrazentrifugen, mit denen die verschiedenen Partikel in einer Probe untersucht werden
Es wird zur qualitativen Untersuchung von Makromolekülen in Lösung verwendet
Sie sind mit Sensorgeräten ausgestattet, die die Rotation und Bewegung der Zutaten in Echtzeit verfolgen, um Sedimentationskoeffizienten zu berechnen
5. Vorteile und Grenzen von Zentrifugen
01.Vorteil
-Geschlossener Betrieb, gepflegtes Erscheinungsbild
-Schnelles Starten und Herunterfahren
-Kann leicht automatisiert und bei Bedarf kontinuierlich ausgeführt werden
-Niedriges Verhältnis von Kapitalkosten zu Kapazität
-Schnelle Anpassung der Betriebsparameter
-Hohe Flexibilität und hervorragende Leistung
-Einfache Bedienung und einfache Installation
02.Einschränkungen
-Die Trennung leichter Teilchen (mit nahezu vernachlässigbarer Masse) ist sehr schwierig
-Obwohl es viele Arten von Zentrifugen gibt, handelt es sich dabei um sehr komplexe elektrische Geräte, die bei Fehlfunktionen professionelle Reparaturen erfordern, was die Wartung der Geräte äußerst schwierig und teuer macht.
-Hoher Energieverbrauch, da es über viele stromhungrige Funktionen wie Temperaturregelung und Rotordrehung verfügt
- Aufgrund der hohen Geschwindigkeit pro Minute kann es bei Zentrifugen zu Lärmbelästigungen kommen. Da es rotiert, erzeugt es zwangsläufig Vibrationen, die Lärmbelästigung verursachen können
-Hindern Sie die Verwendung in einigen Bereichen.
-In den meisten Fällen ist bei einem Ausfall des Primärgeräts ein Ersatzrechner erforderlich
6. Betriebsverfahren und Vorsichtsmaßnahmen für die Zentrifuge
01. Betriebsabläufe
001. Überprüfen Sie die Zentrifuge auf einwandfreie Funktion, Unversehrtheit und uneingeschränkte Beweglichkeit.
002. Nachdem Sie die geeigneten Zentrifugenröhrchen oder -behälter ausgewählt haben, überprüfen Sie diese, um sicherzustellen, dass sie keine Mängel oder Risse aufweisen. Beschädigte oder defekte Röhrchen oder Behälter sollten entsorgt werden.
003. Füllen Sie die Tube mit Ihrer bevorzugten Flüssigkeit, nicht zu viel oder zu wenig.
004. Überprüfen Sie, ob die Zentrifugenröhrchen ausbalanciert sind. Wiegen Sie jedes Röhrchen einzeln auf einer Waage, um sicherzustellen, dass sie das gleiche Gewicht haben. Vermeiden Sie es, sich für das Gleichgewicht allein auf die Lautstärke zu verlassen! Dies gilt insbesondere für Lösungen, die verschiedene Probentypen oder unterschiedliche Probenkonzentrationen enthalten.
005. Ziehen Sie den Deckel des Zentrifugenröhrchens fest.
006. Stellen Sie vor dem Einsetzen des Zentrifugenröhrchens sicher, dass die Außenseite trocken und sauber ist.
007. Halten Sie die Reagenzgläser in der Zentrifuge im Gleichgewicht.
008. Schließen Sie den Deckel und stellen Sie sicher, dass er fest sitzt.
009. Laufzeit und Geschwindigkeit konfigurieren.
0010. Verlassen Sie das Gerät nicht, wenn die Zentrifuge zu laufen scheint und mit maximaler Geschwindigkeit läuft. Überprüfen Sie, ob ungewöhnliche Vibrationen oder Geräusche auftreten.
0011. Sobald Sie seltsame Geräusche hören oder starke Vibrationen spüren, schalten Sie die Zentrifuge sofort aus und entnehmen Sie die Probe. Eine typische Ursache hierfür ist eine nicht ordnungsgemäß ausbalancierte Zentrifuge. Wenn das Problem nicht verschwindet, nachdem die Zentrifuge ordnungsgemäß ausbalanciert wurde, verwenden Sie die Zentrifuge nicht, bis sie repariert ist.
0012. Nachdem die Zentrifuge ihren Zyklus abgeschlossen hat, warten Sie, bis sie aufhört zu rotieren, bevor Sie den Deckel öffnen. Berühren oder öffnen Sie niemals den Zentrifugendeckel, bis die Zentrifuge aufgehört hat, sich zu drehen. Ein vorzeitiges Anhalten der Ausrüstung kann zu mechanischem Versagen und Verletzungen führen.
0013. Damit sich die beim Zentrifugieren austretenden Aerosole absetzen können, ist es am besten, nach dem Stoppen der Rotation mindestens 10 Minuten zu warten, bevor Sie den Deckel öffnen.
0014. Sobald die Zentrifuge aufgehört hat zu rotieren, entnehmen Sie die Probe aus der Zentrifuge.
02.Vorsichtsmaßnahmen
- Überprüfen Sie vor dem Betrieb immer, ob die Zentrifuge auf einer geeigneten Oberfläche steht
-Halten Sie den Deckel geschlossen, während der Rotor läuft
-Wenn die Zentrifuge wackelt oder vibriert, ziehen Sie den Netzstecker
-Bitte stellen Sie vor der Verwendung sicher, dass die Röhre für das Programm und die Einstellungen geeignet ist. In Zentrifugen verwendete Reagenzgläser sollten in kompletten Sätzen geliefert werden
-Rohre sollten symmetrisch mit ausgewogenen benachbarten und entgegengesetzten Lasten belastet werden. -Verwenden Sie Masse statt Volumen, um die Röhren auszubalancieren