Φυγοκέντρηση- Αρχή, Τύποι και Εφαρμογές

Φυγοκέντρηση- Αρχή, Τύποι και Εφαρμογές

September 30, 2022 0 Von admin
  • Η φυγοκέντρηση είναι μια τεχνική διαχωρισμού ουσιών που περιλαμβάνει την εφαρμογή φυγόκεντρης δύναμης.
  • Τα σωματίδια διαχωρίζονται από ένα διάλυμα ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα, την πυκνότητα, το ιξώδες του μέσου και την ταχύτητα του ρότορα.

Αρχή της φυγοκέντρησης

Αρχή της φυγοκέντρησης

  • Σε ένα διάλυμα, τα σωματίδια των οποίων η πυκνότητα είναι μεγαλύτερη από αυτή του διαλύτη βυθίζονται (ιζήματα) και τα σωματίδια που είναι ελαφρύτερα από αυτό επιπλέουν στην κορυφή.
  • Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά στην πυκνότητα, τόσο πιο γρήγορα κινούνται. Εάν δεν υπάρχει διαφορά στην πυκνότητα (ισοπυκνικές συνθήκες), τα σωματίδια παραμένουν σταθερά.
  • Για να εκμεταλλευτείτε ακόμη και τις μικροσκοπικές διαφορές στην πυκνότητα για να διαχωρίσετε διάφορα σωματίδια σε ένα διάλυμα, η βαρύτητα μπορεί να αντικατασταθεί με την πολύ πιο ισχυρή «φυγόκεντρη δύναμη» που παρέχεται από μια φυγόκεντρο.
  • Η φυγόκεντρος είναι ένα κομμάτι εξοπλισμού που θέτει ένα αντικείμενο σε περιστροφή γύρω από έναν σταθερό άξονα (το περιστρέφει σε κύκλο), εφαρμόζοντας μια δυνητικά ισχυρή δύναμη κάθετη στον άξονα περιστροφής (προς τα έξω).
  • Η φυγόκεντρος λειτουργεί χρησιμοποιώντας την αρχή της καθίζησης, όπου η κεντρομόλος επιτάχυνση προκαλεί την κίνηση πυκνότερων ουσιών και σωματιδίων προς τα έξω στην ακτινική κατεύθυνση.
  • Ταυτόχρονα, αντικείμενα που είναι λιγότερο πυκνά μετατοπίζονται και μετακινούνται προς το κέντρο.
  • Σε μια εργαστηριακή φυγόκεντρο που χρησιμοποιεί σωλήνες δείγματος, η ακτινική επιτάχυνση προκαλεί την καθίζηση πυκνότερων σωματιδίων στο κάτω μέρος του σωλήνα, ενώ ουσίες χαμηλής πυκνότητας ανεβαίνουν στην κορυφή.

Φυγοκέντρηση

Πηγή εικόνας: Σεπτ

Τύποι φυγόκεντρων

ΦΥΚΕΝΤΡΟΦΟΡΟΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ

1) Τα περισσότερα εργαστήρια διαθέτουν μια τυπική φυγόκεντρο χαμηλής ταχύτητας που χρησιμοποιείται για την καθίζηση ρουτίνας βαρέων σωματιδίων

2) Η φυγόκεντρος χαμηλής ταχύτητας έχει μέγιστη ταχύτητα 4000-5000 rpm

3) Αυτά τα όργανα λειτουργούν συνήθως σε θερμοκρασίες δωματίου χωρίς μέσα ελέγχου θερμοκρασίας. 4) Δύο τύποι ρότορες χρησιμοποιούνται σε αυτό,

  • Σταθερή γωνία
  • Κουνούμενος κάδος.

5) Χρησιμοποιείται για την καθίζηση των ερυθρών αιμοσφαιρίων έως ότου τα σωματίδια συσκευαστούν σφιχτά σε ένα σφαιρίδιο και το υπερκείμενο διαχωριστεί με απόχυση.

ΦΥΚΕΝΤΡΟΦΟΡΟΙ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ

  1. Οι φυγόκεντροι υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιούνται σε πιο εξελιγμένες βιοχημικές εφαρμογές, οι υψηλότερες ταχύτητες και ο έλεγχος θερμοκρασίας του θαλάμου του ρότορα είναι απαραίτητες.
  2. Η φυγόκεντρος υψηλής ταχύτητας έχει μέγιστη ταχύτητα 15.000 – 20.000 σ.α.λ.
  3. Ο χειριστής αυτού του οργάνου μπορεί να ελέγχει προσεκτικά την ταχύτητα και τη θερμοκρασία που απαιτούνται για ευαίσθητα βιολογικά δείγματα.
  4. Τρεις τύποι ρότορες είναι διαθέσιμοι για φυγοκέντρηση υψηλής ταχύτητας-
  • Σταθερή γωνία
  • Κουνούμενος κάδος
  • Κάθετοι ρότορες

ΥΠΕΡΦΥΚΕΝΤΡΟΦΥΓΕΣ

  1. Είναι το πιο εξελιγμένο όργανο.
  2. Η υπερφυγοκέντρηση έχει μέγιστη ταχύτητα 65.000 RPM (100.000’sxg).
  3. Παράγεται έντονη θερμότητα λόγω της υψηλής ταχύτητας, επομένως οι θάλαμοι περιστροφής πρέπει να διατηρούνται στο ψυγείο και να διατηρούνται σε υψηλό κενό.
  4. Χρησιμοποιείται τόσο για προπαρασκευαστικές όσο και για αναλυτικές εργασίες.

Τύποι φυγοκέντρησης

  1. Διαφορική σφαιροποίηση (διαφορική φυγοκέντρηση)
  • Είναι ο πιο κοινός τύπος φυγοκέντρησης που χρησιμοποιείται.
  • Ιστός όπως το συκώτι ομογενοποιείται στους 32 βαθμούς σε διάλυμα σακχαρόζης που περιέχει ρυθμιστικό διάλυμα.
  • Το ομογενοποίημα στη συνέχεια τοποθετείται σε φυγόκεντρο και περιστρέφεται με σταθερή φυγόκεντρο δύναμη σε σταθερή θερμοκρασία.
  • Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα σχηματίζεται ένα ίζημα στον πυθμένα μιας φυγόκεντρου που ονομάζεται pellet και ένα υπερκείμενο διάλυμα που ονομάζεται υπερκείμενο.
  • Το υπερκείμενο διάλυμα τοποθετείται στη συνέχεια σε έναν άλλο σωλήνα φυγοκέντρησης ο οποίος στη συνέχεια περιστρέφεται σε υψηλότερες ταχύτητες στα βήματα προόδου.
  1. Φυγοκέντρηση βαθμίδας πυκνότητας
  • Αυτός ο τύπος φυγοκέντρησης χρησιμοποιείται κυρίως για τον καθαρισμό ιών, ριβοσωμάτων, μεμβρανών κ.λπ.
  • Μια βαθμίδα πυκνότητας σακχαρόζης δημιουργείται με την ήπια επικάλυψη χαμηλότερων συγκεντρώσεων σακχαρόζης σε υψηλότερες συγκεντρώσεις σε σωλήνες φυγοκέντρησης
  • Τα σωματίδια που ενδιαφέρουν τοποθετούνται πάνω από τη βαθμίδα και φυγοκεντρούνται σε υπερφυγοκέντρηση.
  • Τα σωματίδια ταξιδεύουν μέσω της βαθμίδας μέχρι να φτάσουν σε ένα σημείο στο οποίο η πυκνότητά τους ταιριάζει με την πυκνότητα της περιβάλλουσας σακχαρόζης.
  • Το κλάσμα αφαιρείται και αναλύεται.
  1. Ρυθμός-Ζωνική Πυκνότητα-Φυγοκέντρηση κλίσης
  • Η ζωνική φυγοκέντρηση είναι επίσης γνωστή ως φυγοκέντρηση ζώνης ή κλίσης
  • Βασίζεται στην έννοια του συντελεστή καθίζησης (δηλαδή κίνηση του ιζήματος μέσω του υγρού μέσου)
  • Σε αυτή την τεχνική, δημιουργείται μια κλίση πυκνότητας σε δοκιμαστικό σωλήνα με σακχαρόζη και υψηλή πυκνότητα στο κάτω μέρος.
  • Το δείγμα πρωτεΐνης τοποθετείται στην κορυφή της βαθμίδας και στη συνέχεια φυγοκεντρείται.
  • Με τη φυγοκέντρηση, τα σωματίδια που καθιζάνουν ταχύτερα στο δείγμα κινούνται μπροστά από τα πιο αργά, δηλαδή το δείγμα χωρίζεται ως ζώνες στη βαθμίδα.
  • Το ίζημα της πρωτεΐνης σύμφωνα με τον συντελεστή καθίζησης και τα κλάσματα συλλέγονται δημιουργώντας μια οπή στο κάτω μέρος του σωλήνα.
  1. Ισοπυνική Φυγοκέντρηση
  • Το δείγμα φορτώνεται στο σωλήνα με το διάλυμα σχηματισμού βαθμίδωσης (πάνω ή κάτω από την προδιαμορφωμένη βαθμίδα ή αναμιγνύεται με αυτοσχηματιζόμενη κλίση)
  • Το διάλυμα του βιολογικού δείγματος και του άλατος καισίου κατανέμεται ομοιόμορφα σε σωλήνα φυγοκέντρησης και περιστρέφεται σε υπερφυγόκεντρο.
  • Υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης, τα άλατα καισίου ανακατανέμονται για να σχηματίσουν μια κλίση πυκνότητας από πάνω προς τα κάτω.
  • Τα σωματίδια κινούνται σε σημείο όπου η πυκνότητα άνωσης τους ισούται με αυτό το τμήμα της κλίσης και σχηματίζουν ζώνες. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια του δείγματος μετακινούνται στην περιοχή όπου η πυκνότητά τους ισούται με την πυκνότητα της βαθμίδας.
  • Είναι μια «αληθινή» διαδικασία ισορροπίας, καθώς εξαρτάται από τις πυκνότητες ανόδου και όχι από τις ταχύτητες

Π.χ.: CsCl, βαθμίδες NaI για μακρομόρια και νουκλεοτίδια – «αυτοσχηματιζόμενες» βαθμίδες υπό φυγόκεντρη δύναμη.

Εφαρμογές Φυγοκέντρησης

  • Για να διαχωριστούν δύο αναμίξιμες ουσίες
  • Να αναλύσει τις υδροδυναμικές ιδιότητες των μακρομορίων
  • Καθαρισμός κυττάρων θηλαστικών
  • Κλασματοποίηση υποκυτταρικών οργανιδίων (συμπεριλαμβανομένων των μεμβρανών/κλασμάτων μεμβράνης) Κλασματοποίηση μεμβρανικών κυστιδίων
  • Διαχωρισμός της σκόνης κιμωλίας από το νερό
  • Αφαίρεση λίπους από το γάλα για παραγωγή αποβουτυρωμένου γάλακτος
  • Διαχωρισμός σωματιδίων από ροή αέρα με χρήση κυκλωνικού διαχωρισμού
  • Η διαύγαση και σταθεροποίηση του κρασιού
  • Διαχωρισμός συστατικών ούρων και συστατικών αίματος σε εγκληματολογικά και ερευνητικά εργαστήρια
  • Βοηθά στο διαχωρισμό των πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας τεχνικές καθαρισμού όπως η εξάλειψη, π.χ. καθίζηση θειικού αμμωνίου.

βιβλιογραφικές αναφορές

  1. http://trishul.sci.gu.edu.au/courses/7204BPS/Centrifugation_Lecture_2008.pdf
  2. http://www.biologydiscussion.com/biochemistry/centrifugation/centrifuge-introduction-types-uses-and-other-details-with-diagram/12489
  3. https://www.slideshare.net/poojakamble1609/principles-and-applications-of-centrifugation
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugation
  5. https://www.slideshare.net/khadeejaikram56/centrifugation-49732927

Φυγοκέντρηση – Αρχή, Τύποι και Εφαρμογές