سانتریفیوژ Centrifuge از تجهیزات عمومی آزمایشگاهی است که برای جداسازی اجزای یک ترکیب مثل خون استفاده می شود. مکانیسم یک دستگاه سانتریفیوژ چرخش حول یک محور ثابت و جدا کردن اجزا با استفاده از نیروی گریز از مرکز می باشد. در حالت کلی تقسیم بندی انواع سانتریفیوژ بر اساس حداکثر میزان چرخش بر حسب rpm و نوع روتور آن انجام می گیرد. در این مقاله قصد داریم تا به معرفی سانتریفیوژ آزمایشگاهی و نکات مهم در رابطه با انتخاب و امنیت آن بپردازیم.
اساس کار سانتریفیوژ
سانتریفیوژ دستگاهی است که برای جدا نمودن مواد مخلوط (معمولاً مایعات) جهت دسترسی به اجزاء تشکیل دهنده آن، در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. در دستگاه سانتریفیوژ نمونه های عمدتاً مایع درون محفظه های استانداردی ریخته می شوند و موتوری که درون دستگاه تعبیه شده شروع به گرداندن دورانی شفتی می کند که این محفظه ها بدان وصل می باشند، در اثر چرخش سریع این محفظه ها که روتور نام دارند، نیروی گریز از مرکز به وجود می آید و این نیرو باعث می شود تا ذرات سنگین تر اجزاء مخلوط به سمت انتهای محفظه حرکت کنند و به همین ترتیب لایه های مجزا روی هم تشکیل می شوند. سانتریفیوژ ها با دو مؤلفه معرفی می شوند که عبارتند از سرعت گردش با واحد دور بر دقیقه (RPM) و نیروی گرانشی دورانی (RCF). سانتریفیوژ ها در اشل آزمایشگاهی معمولا از 4000 دور در دقیقه تا گاهی 200000 دور نیز می چرخند. در حین گردش دورانی و سریع روتور سانتریفیوژ، محفظه های حاوی نمونه به شکل افقی در می آیند، که در این حالت بیشترین نیروی گریز از مرکز تولید می شود. روتور هایی که با زاویه خاصی مثلا 30 یا 45 درجه به صورت ثابت قرار می گیرند، روتور Angel نامیده می شوند و روتور های با قابلیت باز شدن به صورت افقی را روتور Swing Out یعنی بیرون گریز می نامند.
انواع سانتریفیوژ
کاربرد این دستگاه اغلب در صنایع آزمایشگاهی، پزشکی، صنعتی، کشاورزی، محیط زیست و از این دست می باشد. دستگاه سانتریفیوژ بسته به نوع و محل کاربرد به انواع مختلفی تقسیم می شوند. به صورت کلی می توان گفت که سانتریفیوژ ها به 2 دسته سانتریفیوژ رومیزی و سانتریفیوژ ایستاده تقسیم می شوند که هر کدام از آن ها از انواع مختلفی دارند که با در نظر گرفتن عوامل متعدد باید آن ها را انتخاب نمود. سانتریفیوژ های ایستاده اغلب برای پردازش نمونه ها با حجم و سرعت بالا استفاده می شوند. سانتریفیوژ ایستاده به 3 دسته: اولتراسانتریفیوز، سانتریفیوژ با دور بالا و سانتریفیوژ با دور پایین تقسیم می شوند. همچنین سانتریفیوژ های رومیزی که در طیف وسیعی کاربرد دارند شامل انواع مختلفی هستند و از سانتریفیوژ های مقرون به صرفه به شمار می آیند.
سانتریفیوژ رومیزی
سانتریفیوژ های رومیزی در اشکال مختلفی از جمله: سانتریفیوژ رومیزی چند منظوره، میکروسانتریفیوژ، سانتریفیوژ های کلینیکال و غیره طراحی شده اند که هر کدام در طیف وسیعی از آنالیز ها کابرد دارند. در ادامه این مطلب به بررسی هر کدام از آن ها به تفکیک می پردازیم.
سانتریفیوژ های رومیزی چند منظوره
این نوع سانتریفیوژ ها از رایج ترین سانتریفیوژ های آزمایشگاهی هستند که در موارد بسیاری به کار گرفته می شوند و دارای انواع روتور، حجم و سرعت می باشند. این سانتریفیوژ ها به طور معمول برای کشت بافت، تحقیقات DNA/RNA، برداشت سلول، جداسازی درون سلولی، پروتئین و غیره استفاده می‌شوند. محدوده حجم معمولی این سانتریفیوژ به طور معمول از 0.2 میلی لیتر تا 750 میلی لیتر می باشد.
میکروسانتریفیوژ ها
میکروسانتریفیوژ ها برای نمونه های با حجم کم کاربرد دارند، به صورت معمول روتور های میکروسانتریفیوژ برای لوله هایی با حجم 1.5 تا 2 میلی لیتر طراحی شده اند و برای این سانتریفیوژ ها لوله های معمولی و یک بار مصرف قابل استفاده می باشد. این نوع سانتریفیوژ بیشتر در موارد مربوط به PCR و مولکولی، آنالیز های مرتبط با ماده های ژنیتیکی از جمله: DNA و RNA، جداسازی پلاسمید ها، کیت های آزمایشگاهی miniprep و سایر موارد آزمایشگاهی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرد.
سانتریفیوژ های کلینیکال
سانتریفیوژ های کلینیکال برای استفاده در بیمارستان ها و کلینیک ها طراحی شده اند و برای چرخاندن نمونه ها با سرعت پایین مناسب هستند. به طور معمول سانتریفیوژ های کلینیکال برای لوله های 3 تا 15 میلی لیتر مناسب هستند.
سانتریفیوژ ایستاده
برخلاف سانتریفیوژ های رومیزی سانتریفیوژ های ایستاده دارای پایه های مخصوص می باشند و روی زمین قرار می گیرند. سانتریفیوژ ایستاده دارای انواع مختلف می باشد که به اختصار به بررسی هر کدام می پردازیم.
سانتریفیوژ های ایستاده با سرعت خیلی بالا
یکی از پرکاربرد ترین سانتریفیوژ ها در آزمایشگاه های هسته ای سانتریفیوژ های ایستاده با سرعت خیلی بالا می باشد این سانتریفیوژ ها که چند منظوره هستند دارای ظرفیت 1.5 میلی لیتر تا 1000 میلی لیتر می باشد و به صورت معمول 40 روتور دارند و جهت جداسازی سلول‌ها، رسوب پروتئین، کشت بافت، جداسازی درون سلولی (به عنوان مثال، اجسام گلژی، ریبوزوم)، جداسازی DNA/RNA و پلاسمید ها به کار گرفته می شوند.
اولتراسانتریفیوژ
اولتراسانتریفیوژ برای گردش در سرعت های بالا طراحی شده است و بیشترین و مهم ترین کاربرد را در حوزه پلیمر، بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی دارد. اولترا سانتریفیوژ ها خود به 2 دسته تقسیم می شوند که هر کدام دارای شتاب و ظرفیت مختص به خود می باشند. کاربردهای رایج اولتراسانتریفیوژ عبارتند از: جداسازی ذرات ویروس، جداسازی DNA، جداسازی پروتئین یا RNA همچنین این سانتریفیوژ ها اخیرا در حوزه نانو کاربرد دارند.
سانتریفیوژ های سرعت پائین دارای ظرفیت بالا و سرعت پایین می باشد و ظرفیت آن به طور معمول بین 1.5 میلی لیتر تا 2000 میلی لیتر است و کاربرد رایج آن برای جداسازی کامل سلول ها است، به عنوان مثال: جداسازی گلبول های قرمز و پلاکت های خون به صورت کامل و دومین کاربرد رایج آن در صنعت داروسازی است.
