掌上微型離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開;或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同,又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油);它也可用于排除濕固體中的液體,例如用洗衣機(jī)甩干濕衣服;特殊的超速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物;利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點,有的沉降掌上微型離心機(jī)還可對固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級。
掌上微型離心機(jī)是借離心力分離液相非均一體系的設(shè)備。根據(jù)物質(zhì)的沉降系數(shù)、質(zhì)量、密度等的不同,應(yīng)用強(qiáng)大的離心力使物質(zhì)分離、濃縮和提純的方法稱為離心。一般說,離心機(jī)轉(zhuǎn)速在20000r/min以上的稱為超速離心。離心技術(shù),特別是超速離心技術(shù)是分子生物學(xué)、生物化學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中*的手段。
掌上微型離心機(jī)作為一種手段,具有許多優(yōu)點。例如,超速離心可在低溫下操作,保護(hù)了生物大分子的活性。制備型的離心機(jī)負(fù)載量大,一次可分離提純幾克樣品,比層析、電泳上的樣品量大得多。分析離心機(jī)不僅可測物質(zhì)的分子量,還可檢驗物質(zhì)的純度、構(gòu)象、沉降系數(shù)等。因此離心技術(shù)在生物學(xué)研究中占有重要的地位,是分離、純化細(xì)胞、病毒、蛋白、核酸和酶的zui方便zui有效的工具。
(二)
掌上微型離心機(jī)離心原理
當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動時,由于重力場的作用使得懸浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重,下沉越快,反之密度比液體小的粒子就會上浮。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)和密度有關(guān),并且又與重力場的強(qiáng)度及液體的粘度有關(guān)。象紅血球大小的顆粒,直徑為數(shù)微米,就可以在通常重力作用下觀察到它們的
沉降過程。
此外,物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時還伴隨有擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散是無條件的的。擴(kuò)散與物質(zhì)的質(zhì)量成反比,顆粒越小擴(kuò)散越嚴(yán)重。而沉降是相對的,有條件的,要受到外力才能運動。沉降與物體重量成正比,顆粒越大沉降越快。對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等,它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài),僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的。因為顆粒越小沉降越慢,而擴(kuò)散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。所以需要利用離心機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力,才能迫使這些微粒克服擴(kuò)散產(chǎn)生沉降運動。
(三)
掌上微型離心機(jī)的離心方法
掌上微型離心機(jī)用離心方法分離生物大分子和亞細(xì)胞物質(zhì)的基本原理是根據(jù)它們在液體介質(zhì)中或者沉降速度不同而形成不同的區(qū)帶,或者它們的密度不同而停留在液體介質(zhì)中不同的位置而把它們一一分開。前者是沉降速度法,應(yīng)用該法時液體介質(zhì)的zui大密度要小于樣品中zui小顆粒的密度,離心時選用高轉(zhuǎn)速和短時間;后者是沉降平衡法,應(yīng)用該法時液體介質(zhì)的zui大密度要大于樣品中zui小顆粒的密度,離心時選用較低轉(zhuǎn)速和較長時間。實際操作有幾種形式:
1.差速離心這種方法是選擇不同轉(zhuǎn)速的離心,分別分離各個不同組分。例如先用低速沉降大顆粒和上清液,在高速離心上清沉降中等顆粒,zui后超速離心上清沉降小顆粒。采用逐級提高離心力分離上情液的方法,把不同大小的顆粒分開。
這種方法比較簡單,方便。分離的組份沉到管底,因此可以迅速濃縮所要的組份,減少體積。但回收率和純度是有矛盾的,要提高回收率,勢必提高轉(zhuǎn)速或延長離心時間,這樣大小相近的顆粒也會沉到管底。因此該法多用于粗提純或初步濃縮樣品。
2.速度區(qū)帶(或速度梯度)離心本法是將樣品放在一個連續(xù)的密度梯度液體上,通過離心,大顆粒沉降快,小顆粒沉降慢。經(jīng)過一段時間,相同的顆粒就在同一深度形成一條帶子,因此把各種組份分開來。它適用于分離密度相同、而大小不同的物質(zhì),如不同的蛋白質(zhì)組份密度都差不多,但分子量不一樣,用本法很容易將其分
開。但對密度不同、大小類似的物質(zhì)則不易分離。蔗糖梯度是一種常用的介質(zhì)。用不同濃度的蔗糖溶液(5%-60%)配成梯度,用于梯度離心。再分別進(jìn)行收集處于不同區(qū)帶里的各個組份。