Ультрацентрифуга - Ultracentrifuge

Ультрацентрифуга

В ультрацентрифуга это центрифуга оптимизирован для вращения ротора на очень высоких скоростях, способен генерировать ускорение до 1 000 000 г (прибл. 9 800 км / с²).[1] Существует два типа ультрацентрифуг: препаративные и аналитические. Оба класса инструментов находят важное применение в молекулярная биология, биохимия, и полимер наука.[2]

История

В 1924 г. Теодор Сведберг построил центрифугу, способную генерировать 7000 g (при 12000 об / мин), и назвал ее ультрацентрифугой, чтобы сопоставить ее с Ультрамикроскоп который был разработан ранее. В 1925-1926 годах Сведберг построил новую ультрацентрифугу, которая позволяла поля до 100 000 g (42 000 об / мин).[3] Современные ультрацентрифуги обычно классифицируются как позволяющие более 100000 г [4]. Сведберг выиграл Нобелевская премия по химии в 1926 году за исследования коллоидов и белков с помощью ультрацентрифуги. [5][6][7].

Вакуумная ультрацентрифуга была изобретена Эдвард Грейдон Пикелс на физическом факультете Университет Вирджинии. Это был его вклад в вакуум что позволило сократить трение генерируется на высоких скоростях. Вакуумные системы также позволяют поддерживать постоянный температура поперек образца, исключая конвекционные потоки что мешало интерпретации результатов седиментации.[8]

Сравнение серийных номеров 1 и 1000 аналитической ультрацентрифуги Spinco Model E, 1965 г.

В 1946 году Пикельс основал Spinco (Specialized Instruments Corp.) для вывода на рынок аналитических и препаративных ультрацентрифуг на основе его конструкции. Пикелс посчитал свою конструкцию слишком сложной для коммерческого использования и разработал более простую в использовании, «надежную» версию. Но даже с улучшенной конструкцией продажи аналитических центрифуг оставались низкими, и Spinco чуть не обанкротилась. Компания выжила, сконцентрировавшись на продажах моделей препаративных ультрацентрифуг, которые становились популярными в качестве рабочих лошадок в биомедицинских лабораториях.[8] В 1949 году Spinco представила модель L, первую препаративную ультрацентрифугу, которая развивала максимальную скорость 40 000 об / мин. В 1954 г. Инструменты Beckman (позже Бекман Коултер ) приобрел компанию, составив основу ее подразделения центрифуг Spinco.[9]

Приборы

Доступны ультрацентрифуги с широким спектром роторов, подходящих для самых разных экспериментов. Большинство роторов предназначены для удержания пробирок, содержащих образцы. Роторы поворотного ковша позволяют трубкам висеть на шарнирах, чтобы трубки переориентировались в горизонтальное положение при первоначальном ускорении ротора.[нужна цитата ] Роторы с фиксированным углом изготовлены из единого блока материала и удерживают трубки в полостях, просверленных под заданным углом. Зональные роторы предназначены для размещения большого объема образца в одной центральной полости, а не в пробирках. Некоторые зональные роторы способны динамически загружать и выгружать образцы, в то время как ротор вращается с высокой скоростью.

Препаративные роторы используются в биологии для гранулирования мелких фракций, таких как клеточные органеллы (митохондрии, микросомы, рибосомы ) и вирусы. Их также можно использовать для градиент разделения, при которых трубки заполняются сверху вниз с увеличивающейся концентрацией плотного вещества в растворе. Сахароза градиенты обычно используются для разделения клеточных органелл. Градиенты цезий соли используются для разделения нуклеиновых кислот. После того, как образец вращается с высокой скоростью в течение времени, достаточного для разделения, ротору дают возможность плавно остановиться, и градиент осторожно откачивается из каждой пробирки, чтобы изолировать разделенные компоненты.

Опасности

Огромный вращательный кинетическая энергия ротора в действующей ультрацентрифуге делает катастрофический провал вращающегося ротора вызывает серьезную озабоченность. и он может взорваться. Роторы обычно изготавливают из металлов с высокой прочностью и весом, таких как алюминий или титан. Стрессы повседневного использования и агрессивные химические растворы в конечном итоге приводят к выходу роторов из строя. Правильное использование прибора и роторов в рекомендуемых пределах и тщательное обслуживание роторов для предотвращения коррозии и обнаружения износа необходимы для снижения этого риска.[10][11]

Совсем недавно некоторые роторы были изготовлены из легкого композитного материала из углеродного волокна, который стал на 60% легче, что привело к более быстрому ускорению / замедлению. Роторы из углеродного волокна также устойчивы к коррозии, что устраняет основную причину отказа ротора.[12]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ «Оптима МАКС-ХР». Получено 2016-02-20.
  2. ^ Сьюзан Р. Миккельсен и Эдуардо Кортон. Биоаналитическая химия, гл. 13. Методы центрифугирования. John Wiley & Sons, 4 марта 2004 г., стр. 247-267.
  3. ^ «Лекция Сведберга». Получено 2019-02-18.
  4. ^ "Центрифуги Бекмана". Получено 2019-02-18.
  5. ^ «Сведберг». Получено 2010-06-23.
  6. ^ Джо Розен; Лиза Куинн Готард. Энциклопедия физических наук. Издание информационной базы; 2009 г. ISBN  978-0-8160-7011-4. п. 77.
  7. ^ «Лекция Сведберга». Получено 2019-02-18.
  8. ^ а б Эльзен Б. Вакуумная ультрацентрифуга. В: Энциклопедия технологий 20-го века, Колин Хемпстед и Уильям Уортингтон, ред. Рутледж, 2005. стр. 868.
  9. ^ Арнольд О. Бекман: ​​сто лет совершенства. Арнольд Текрей и Майнор Майерс-младший. Филадельфия: Фонд химического наследия, 2000 г.
  10. ^ Beckman Instruments, подразделение Spinco. Уведомление о срочном корректирующем действии: Реклассификация для минимизации опасности химического взрыва ультрацентрифуг. 22 июня 1984 г.
  11. ^ Гудман, Т. Безопасность центрифуг. Американская лаборатория, 01 февраля 2007 г.
  12. ^ Пирамун, Шейла. «Углеродные волокна повышают гибкость центрифуг: достижения в области роторов центрифуг на протяжении многих лет привели к повышению производительности лаборатории». Лабораторное оборудование Март 2011 г .: 12+. Справочный центр ЗОЛОТО. Интернет. 15 февраля 2015 г.


внешние ссылки