Introdução básica às centrífugas
1.Centrífuga
Centrifugação é o termo usado para descrever o método de separação de misturas usando rotação e força centrífuga. Durante o processo de centrifugação, diversas características das partículas podem ser separadas, incluindo tamanho, forma, densidade e viscosidade. Uma centrífuga é um instrumento de laboratório usado para separar fluidos, gases ou líquidos com base na densidade.
O princípio da centrifugação é o princípio da sedimentação por gravidade. O rotor da centrífuga é girado em alta velocidade para gerar uma força centrífuga relativamente forte, que acelera a sedimentação de partículas finas no líquido, conseguindo assim a separação do líquido e das partículas finas.
Atualmente, as centrífugas são usadas em laboratórios de química, biologia, bioquímica e clínicos, como testar a taxa de sedimentação de várias células sanguíneas. A tecnologia centrífuga também é utilizada na produção de produtos biológicos e Apis, bem como na análise biofarmacêutica de medicamentos, sendo ainda utilizada na separação de cremes lácteos (gordura), tratamento de água e outras áreas.
2. Componentes da centrífuga
Algumas partes comuns de centrífugas são apresentadas a seguir:
01.Motor
O motor é o poderoso componente central que gera rotação em uma centrífuga.
02. Conjunto do Rotor
O eixo de transmissão e o rotor constituem o conjunto do rotor. O eixo de transmissão fornece suporte para os componentes do rotor. A cabeça do rotor é conectada a um motor, que é equipado com um recipiente para segurar o tubo de ensaio que contém a amostra a ser centrifugada. Dois rotores de diâmetros diferentes podem ter a mesma velocidade de rotação, e diferentes raios e momentos angulares causarão diferentes acelerações de tais rotores. Existem três tipos principais de rotores:
Rotores de ângulo fixo: esses rotores fixam o tubo em um ângulo de 14 ° ~ 40 ° com a vertical, permitindo que as partículas percorram distâncias curtas enquanto se movem radialmente para fora e são usados para centrifugação diferencial. Como a direção da sedimentação é igual à direção da força centrífuga, a sedimentação ocorre em um ângulo na parede do tubo. As partículas (aglomerados de sedimentos) colidem com a parede e depois se acomodam nos cantos da base e da parede.
Tambor oscilante / rotor horizontal: Esses rotores oscilam para uma posição horizontal junto com o tubo da centrífuga ao acelerar, permitindo que as partículas se movam por uma distância maior, facilitando assim a separação mais fácil do sobrenadante e do pellet para centrifugação em gradiente de densidade.
Rotor Vertical: Segurando o tubo verticalmente, ou seja, paralelo ao eixo do motor, a distância que as partículas se movem é menor e o tempo de separação é menor. É usado para separação isopícnica e de gradiente de densidade.
03.Contêiner
Vários tipos de recipientes, como tubos de ensaio, bolsas de sangue, cubetas, tubos de centrífuga, etc., são fixados no rotor para que a amostra gire conforme o rotor gira.
04.Painel de Controle
Usado para controlar diferentes parâmetros, como temperatura, velocidade de rotação (Rcf ou Rpm), etc.
05. Trava
A trava mantém a tampa fechada quando um tubo de ensaio quebra ou outros problemas ocorrem enquanto a centrífuga está funcionando.
06.Capa
A centrífuga só girará quando a tampa estiver fechada e travada para evitar acidentes.
3. Tipos de tecnologia centrífuga
Existem dois tipos de técnicas de centrifugação, nomeadamente centrifugação preparativa e centrifugação analítica. A centrifugação preparativa envolve a separação e purificação de componentes como tecidos, células, estruturas subcelulares, vesículas de membrana e outras partículas bioquimicamente relevantes. Em contraste, a centrifugação analítica é realizada para caracterizar biomoléculas purificadas.
01. Centrifugação Preparativa
De acordo com a situação de suspensão, a centrifugação preparativa é dividida em centrifugação diferencial e centrifugação em gradiente de densidade.
001. Centrifugação Diferencial
Ele separa partículas com base na forma, tamanho e densidade. Suspensões de partículas com densidades ou tamanhos diferentes irão sedimentar em taxas diferentes, com partículas maiores e mais densas sedimentando mais rapidamente. Uma série de ciclos crescentes de força centrífuga em uma suspensão de células produzirá uma série de pellets contendo células com taxas de sedimentação reduzidas.
002. Centrifugação de Gradiente de Densidade
Separe as partículas com base em sua densidade flutuante ou taxa de sedimentação. A mistura de amostra é colocada em cima de um gradiente de densidade líquido pré-formado para bandas de DNA e separação de plasmídeos, nucleoproteínas e vírus; Nabr e Nai são usados para fracionamento de lipoproteínas; Percoll, Ficoll, Metrizamide, Dextran são usados para separação de células inteiras, solução de sacarose é usada para isolar Dnase, Rnase e Protease.
A centrifugação de gradiente de densidade é dividida em centrifugação zonal de taxa e centrifugação isopícnica.
Taxa de centrifugação zonal: a amostra é coberta como uma pequena área no topo do gradiente de densidade. Dependendo de sua massa, as partículas viajam em velocidades diferentes devido à força centrífuga. Tamanho e massa são os principais determinantes da velocidade de sedimentação das partículas. À medida que uma faixa de partículas desce em um meio denso, regiões de partículas de tamanhos comparáveis se formam à medida que partículas de sedimentação mais rápida passam por partículas mais lentas.
Centrifugação isopícnica: Na separação isopícnica (também chamada de separação por flutuabilidade ou separação por equilíbrio), as partículas são separadas com base apenas em sua densidade. O meio gradiente deve ter uma densidade maior do que as partículas que precisam ser separadas. As partículas migram sob a influência da força centrífuga e do gradiente de densidade da amostra homogeneamente misturada até que sua densidade se torne igual à do meio circundante. Após a centrifugação, as partículas de uma certa densidade assentam até que sua densidade seja igual à densidade do meio gradiente (isto é, a posição de equilíbrio).
02. Centrifugação Analítica
O objetivo da centrifugação analítica é coletar informações para caracterizar amostras rotativas (velocidade de sedimentação, viscosidade, concentração, etc.), determinar o peso molecular relativo dos solutos, a pureza das biomoléculas, detectar mudanças conformacionais na estrutura da proteína, etc.
4.Tipos de centrífugas
O objetivo da centrifugação analítica é coletar informações para caracterizar amostras rotativas (velocidade de sedimentação, viscosidade, concentração, etc.), determinar o peso molecular relativo dos solutos, a pureza das biomoléculas, detectar mudanças conformacionais na estrutura da proteína, etc.
01. Centrífuga de mesa ou mesa
Devido ao seu tamanho menor, são muito convenientes para pequenos laboratórios com espaço limitado
Estes são compactos e frequentemente usados em laboratórios clínicos e de pesquisa
Centrífuga de bancada com tampa cobrindo o equipamento usado para operar a centrífuga e um rotor com suportes para tubos de ensaio
02. Centrífuga a gás
Eles são usados para separar moléculas com base em massa e gases com base em isótopos
Especificamente, eles são usados na extração e separação de urânio-235 e urânio-238
03. Centrífuga de hematócrito
Centrífugas de hematócrito operam em velocidades de 7.000 a 15.000 RPM
O objetivo principal de uma centrífuga de hematócrito é calcular a porcentagem com base no volume de glóbulos vermelhos no sangue. É usado para produzir plasma para análise fotométrica da concentração de bilirrubina no sangue neonatal
04. Microcentrífuga
Devido ao seu formato altamente compacto, eles ocupam um espaço muito pequeno e ocupam um espaço mínimo em sua estação de trabalho
Funcionam bem com tubos pequenos (até 2,0 ml) e são frequentemente usados em aplicações biológicas
Eles são usados para microfiltrar pequenas quantidades de amostras de água e reter ácidos nucléicos precipitados, proteínas e outros materiais em solução
05. Centrífuga Refrigerada
Essas centrífugas operam em velocidade máxima enquanto mantêm uma temperatura constante
É usado para analisar DNA, RNA, PCR e anticorpos, pois sua faixa de temperatura está entre -20 e -40 graus Celsius
Eles são frequentemente usados para coletar rapidamente materiais precipitados, incluindo células de levedura, cloroplastos, etc.
06. Centrífuga de alta velocidade
Uma centrífuga de alta velocidade é uma centrífuga um pouco mais rápida, variando de 15.000 a 30.000 RPM.
As centrífugas de alta velocidade contêm um dispositivo que regula a temperatura e a velocidade operacional e são usadas para análises críticas de biomoléculas finas.
Essas centrífugas usam três tipos de rotores: rotores de ângulo fixo, rotores de balde e rotores verticais
07. Centrífuga de baixa velocidade
Eles são normalmente usados em laboratórios para classificação de partículas de rotina, operando a uma velocidade máxima de 4.000-5.000 RPM
O ajuste de temperatura é raro e geralmente funciona em temperatura ambiente
Essas centrífugas estão disponíveis nos tipos balde e rotor de ângulo fixo
08. Centrífuga de Fluxo Contínuo
Pode centrifugar grandes quantidades de amostras sem afetar a taxa de sedimentação
Eles também têm maior capacidade e economizam tempo, eliminando a necessidade de carregar e descarregar amostras repetidamente, como centrífugas padrão
09. Ultracentrífuga
Uma ultracentrífuga é uma centrífuga altamente desenvolvida e sofisticada que pode separar moléculas minúsculas que não podem ser separadas rapidamente por centrífugas convencionais
Faixa de velocidade do rotor ultracentrífuga de 60.000 a 150.000 RPM
Eles executam amostras como sistemas agrupados ou de fluxo contínuo e em escalas maiores
010. Ultracentrífuga Preparativa
Ultracentrífugas preparativas são centrífugas usadas para separar partículas em experimentos por centrifugação
Ao preparar uma ultracentrífuga para operação, o conteúdo do tubo de ensaio é verificado após o processo de centrifugação, ao contrário de uma centrífuga usada para análise, onde o conteúdo é verificado durante o processo de centrifugação.
011. Ultracentrífuga Analítica
Centrífugas analíticas são ultracentrífugas usadas para examinar as diferentes partículas dentro de uma amostra
É usado para exame qualitativo de macromoléculas em solução
Eles são equipados com dispositivos sensores que rastreiam a rotação e o movimento dos ingredientes em tempo real para calcular os coeficientes de sedimentação
5. Vantagens e limitações das centrífugas
01.Vantagem
-Operação fechada, aparência elegante
-Inicialização e desligamento rápidos
-Pode ser facilmente automatizado e executado continuamente, se necessário
-Baixa relação custo de capital/capacidade
-Ajuste rapidamente os parâmetros operacionais
-Alta flexibilidade e excelente desempenho
-Operação simples e fácil instalação
02. Limitações
-Separar partículas leves (com massa quase desprezível) é muito difícil
-Embora existam muitos tipos de centrífugas, elas são equipamentos elétricos muito complexos que requerem reparos profissionais quando apresentam mau funcionamento, tornando o equipamento extremamente difícil e caro de manter.
-Alto consumo de energia, pois possui muitas funções que consomem muita energia, como controle de temperatura e rotação do rotor
-Devido à alta velocidade por minuto, as centrífugas podem produzir distúrbios sonoros. Como gira, inevitavelmente gera vibrações, que podem causar poluição sonora e
-Impedir seu uso em algumas áreas.
-Na maioria dos casos, quando o dispositivo primário falha, é necessária uma máquina de backup para intervir
6. Procedimentos e precauções operacionais da centrífuga
01.Procedimentos Operacionais
001. Verifique a centrífuga para garantir que esteja funcionando corretamente, intacta e possa ser movida sem restrições.
002. Após selecionar os tubos ou recipientes de centrífuga apropriados, inspecione-os para garantir que não haja falhas ou rachaduras. Quaisquer tubos ou recipientes danificados ou defeituosos devem ser descartados.
003. Encha o tubo com o líquido de sua preferência, não encha demais ou de menos.
004. Verifique se os tubos da centrífuga estão balanceados; Pese cada tubo individualmente em um
Balança para confirmar se eles têm peso igual. Evite depender apenas do volume para obter equilíbrio! Isto é especialmente verdadeiro para soluções que contêm vários tipos de amostras ou diferentes concentrações de amostras.
005. Aperte a tampa do tubo da centrífuga.
006. Antes de inserir o tubo da centrífuga, certifique-se de que sua parte externa esteja seca e limpa.
007. Mantenha os tubos de ensaio equilibrados na centrífuga.
008. Feche a tampa e certifique-se de que ela se encaixa bem.
009. Configure o tempo e a velocidade de execução.
0010. Não saia da unidade quando a centrífuga parecer estar funcionando e funcionando na velocidade máxima. Verifique se há vibrações ou ruídos incomuns.
0011. Ao ouvir sons estranhos ou sentir fortes vibrações, desligue imediatamente a centrífuga e remova a amostra. Uma causa típica disso é uma centrífuga mal balanceada. Se o problema não desaparecer depois que a centrífuga estiver devidamente balanceada, não use a centrífuga até que ela seja reparada.
0012. Depois que a centrífuga completar seu ciclo, espere até que ela pare de girar antes de abrir a tampa. Nunca toque ou abra a tampa da centrífuga até que ela pare de girar. Parar o equipamento prematuramente pode resultar em falha mecânica e ferimentos.
0013. Para permitir a sedimentação dos aerossóis emitidos durante a centrifugação, é melhor esperar pelo menos 10 minutos após a interrupção da rotação antes de abrir a tampa.
0014. Assim que a centrífuga parar de girar, remova a amostra da centrífuga.
02.Precauções
-Antes da operação, verifique sempre se a centrífuga está em uma superfície adequada
-Mantenha a tampa fechada enquanto o rotor estiver funcionando
-Quando a centrífuga tremer ou vibrar, desconecte o plugue de alimentação
-Certifique-se de que o tubo é adequado para o programa e as configurações antes de usar. Os tubos de ensaio utilizados em centrífugas devem ser fornecidos em conjuntos completos
-Os tubos devem ser carregados simetricamente usando cargas adjacentes e opostas balanceadas. -Use massa em vez de volume para equilibrar os tubos