15. fejezet - Centrifugálás

szerző: Dr. Nyitrai Péter

Tartalom

15.1. Elve
15.2. A centrifugális elválasztás típusai:
15.2.1 Differenciál centrifugálás
15.2.2. Sűrűség-gradiens centrifugálás
15.3. A centrifugák típusai
15.3.1. Preparatív centrifugák
15.3.2. Analitikai ultracentrifugák
15.3.3. Egyéb centrifugák
15.4. Centrifuga rotorok
15.5. Centrifuga csövek
15.6. A centrifugálás közege
15.7. Gyakorlat
15.8. Irodalom

A centrifugálás az egyik leggyakrabban alkalmazott módszer biológiai minták részecskéinek elválasztására. Kezdetei az 1850-es évekre nyúlnak vissza, amikor elsősorban a tej komponenseinek szeparálására használták. Először 1930 körül ülepítettek ki vele sejtmagokat.

15.1. Elve

Az általában vizes közegben felszuszpendált részecskék mozgása (kiülepedése) centrifugálás közben számos tényezőtől függ: a részecske tulajdonságaitól (méret, alak, sűrűség), a közeg természetétől (pl. sűrűség, viszkozitás) és a kiülepítésre alkalmazott erő nagyságától. Merev, gömbszerű részecskék és a viszkózus közeg között súrlódási erő (F) hat (G.Stokes, 1856):

F= 6 πηRpv, (v=dr/dt)

ahol η a viszkozitás, Rp a részecske sugara és v (dr/dt) a részecske sebessége.

Ha a részecske nem gömb alakú, akkor a súrlódási koefficiens változása (f/fo, ahol az fo a gömb súrlódási koefficiense) következtében az F változik:

F=(f/fo) 6 πηRpv

A részecskét a centrifugális erő (C) mozgatja a közegben, amit a közeg (ρm) és a részecske sűrűsége (ρp, gcm-3) is befolyásol:

C=ma=(ρpm)Vω2r

ahol V a részecske térfogata, - gömb alakú részecske esetében: V=4/3πRp3(cm3) és ρm2r a részecskére ható felhajtó erő – a részecske mozgása közben folyadékot helyettesít a közegben.

A centrifugálás során a centrifugális gyorsulás többszöröse a gravitációs gyorsulásnak (g – 9.81 ms-2), tehát megadhatjuk g egységekben is:

RCF=a(g)=ω2rg-1=4π2N260-2rg-1=1.118 10-5N2r

Aholωa szögsebesség=2πN/60,N a fordulatszám (rpm – repetition per minute), RCF (relative centrifugal force), (g és rpm közti átszámolás! A fordulatszám négyzetével arányos).

A folyékony közegben mozgó részecske pillanatszerűen eléri a végső sebességét és nem gyorsul, vagyis a centrifugális erő és a súrlódási erő egyenlő:

p - ρm)Vω2r = (f/fo) 6 πηRpv

így a részecske sebessége:

v=dr/dt=(ρp - ρm)V/(f/fo) 6 πηRp ω2r=sω2r

ahol s a szedimentációs koefficiens, amit a részecske mérete, alakja és sűrűsége is befolyásol, egysége a Svedberg (S), 10-13s). A biológiai molekuláknál az s nagysága általában 10-3 nagyságú.

Gradiens jelenlétében a közeg viszkozitása és sűrűsége változik a forgástengelytől mért távolsággal, azaz az s változó. Így a szedimentáció sebességét a részecske szedimentációs koefficiense (a részecske sűrűsége, a közeg sűrűsége és viszkozitása, a részecske alakja), valamint a centrifugális gyorsulás szabja meg. A sűrűséggradiens alkalmazásakor a víznél nagyobb sűrűségű közeg jelenléte csökkenti ugyan a szedimentáció sebességét, de a gradiens megakadályozza a részecskék kiülepedését és stabilizálja a sávokat.