Ультрацентрифуга
Ультрацентрифуга центрифуга — это , оптимизированная для вращения ротора на очень высоких скоростях, способная создавать ускорение до 1 000 000 g (около 9 800 км/с² ). [1] Существует два типа ультрацентрифуг: препаративная и аналитическая ультрацентрифуги. Оба класса инструментов находят важное применение в молекулярной биологии , биохимии и науке о полимерах . [2]
История [ править ]
В 1924 году Теодор Сведберг построил центрифугу, способную генерировать 7000 g (при 12 000 об/мин), и назвал ее ультрацентрифугой, чтобы сопоставить ее с ультрамикроскопом , который был разработан ранее. В 1925–1926 годах Сведберг сконструировал новую ультрацентрифугу, допускавшую поля до 100 000 g (42 000 об/мин). [3] Современные ультрацентрифуги обычно классифицируются как допускающие ускорение более 100 000 g. [4] Сведберг получил Нобелевскую премию по химии в 1926 году за исследования коллоидов и белков с помощью ультрацентрифуги. [5] [6] [3]
В начале 1930-х годов Эмиль Анрио обнаружил, что правильно расположенные струи сжатого воздуха могут вращать волчок без подшипника до очень высоких скоростей, и разработал на этом принципе ультрацентрифугу. Джесси Бимс с физического факультета Университета Вирджинии сначала адаптировал этот принцип к высокоскоростной камере , а затем начал совершенствовать ультрацентрифугу Анрио, но его роторы постоянно перегревались. [7]
Ученик Бима Эдвард Грейдон Пикелс решил проблему в 1935 году, вакуумировав систему, что позволило уменьшить трение , возникающее на высоких скоростях. Вакуумные системы также позволяли поддерживать постоянную температуру по всему образцу, устраняя конвекционные потоки , которые мешали интерпретации результатов седиментации. [8]
В 1946 году Пикелс стал соучредителем Spinco (Specialized Instruments Corp.), чтобы продавать аналитические и препаративные ультрацентрифуги на основе его разработки. Пикелс посчитал свою конструкцию слишком сложной для коммерческого использования и разработал более простую в использовании и «защищенную от дурака» версию. Но даже с усовершенствованной конструкцией продажи аналитических центрифуг оставались низкими, и Spinco едва не обанкротилась. Компания выжила, сосредоточившись 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, достигающую максимальной скорости 40 000 об/мин . В 1954 году компания Beckman Instruments (позже Beckman Coulter ) приобрела компанию, сформировав основу ее подразделения центрифуг Spinco. [9]
Инструментарий [ править ]
Ультрацентрифуги доступны с широким спектром роторов, подходящих для самых разных экспериментов. Большинство роторов предназначены для хранения пробирок с образцами. Поворотные бакет-роторы позволяют трубкам висеть на шарнирах, поэтому трубки меняют ориентацию в горизонтальное положение при первоначальном ускорении ротора. [10] Роторы с фиксированным углом изготовлены из цельного блока материала и удерживают трубы в полостях, пробуренных под заданным углом. Зональные роторы предназначены для содержания пробы большого объема в одной центральной полости, а не в пробирках. Некоторые зональные роторы способны осуществлять динамическую загрузку и выгрузку образцов при вращении ротора на высокой скорости.
Препаративные роторы используются в биологии для осаждения мелких фракций частиц, таких как клеточные органеллы ( митохондрии , микросомы , рибосомы ) и вирусы . Их можно использовать и для градиентного разделения, при котором пробирки заполняются сверху вниз возрастающей концентрацией плотного вещества в растворе. Градиенты сахарозы обычно используются для разделения клеточных органелл. Градиенты солей цезия используются для разделения нуклеиновых кислот. После того как образец вращался на высокой скорости в течение достаточного времени для разделения, ротору дают плавно остановиться и градиент осторожно откачивают из каждой трубки для изоляции разделенных компонентов.
Опасности [ править ]
Огромная кинетическая энергия вращения ротора работающей ультрацентрифуги делает катастрофический отказ вращающегося ротора серьезной проблемой, поскольку он может впечатляюще взорваться. Роторы традиционно изготавливаются из металлов с высоким соотношением прочности и веса, таких как алюминий или титан. Напряжения повседневного использования и агрессивные химические растворы в конечном итоге приводят к ухудшению состояния роторов. Для снижения этого риска необходимо правильное использование прибора и роторов в рекомендуемых пределах, а также тщательное техническое обслуживание роторов для предотвращения коррозии и выявления износа. [11] [12]
Совсем недавно некоторые роторы были изготовлены из легкого композитного материала из углеродного волокна, который стал на 60% легче, что привело к более высокой скорости ускорения/торможения. Композитные роторы из углеродного волокна также устойчивы к коррозии, что исключает основную причину выхода ротора из строя. [13]
См. также [ править ]
- Аналитическое ультрацентрифугирование
- Газовая центрифуга
- Теодор Сведберг
- Дифференциальное центрифугирование
- Ультрацентрифугирование плавучей плотности
- Центрифуга типа Zippe
Ссылки [ править ]
- ^ «Оптима МАКС-XP» . Проверено 20 февраля 2016 г.
- ^ Сьюзан Р. Миккельсен и Эдуардо Кортон. Биоаналитическая химия, гл. 13. Методы центрифугирования. John Wiley & Sons, 4 марта 2004 г., стр. 247-267.
- ^ Перейти обратно: а б «Сведберговская лекция» . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «Центрифуги Бекмана» . Проверено 18 февраля 2019 г.
- ^ «Сведберг» . Проверено 23 июня 2010 г.
- ^ Джо Розен; Лиза Куинн Готард. Энциклопедия физических наук . Издание информационных баз; 2009. ISBN 978-0-8160-7011-4 . п. 77.
- ^ «Световые лучи» .
- ^ Перейти обратно: а б Эльзен Б. Вакуумная ультрацентрифуга. В: Энциклопедия технологий 20-го века, Колин Хемпстед и Уильям Уортингтон, ред. Рутледж, 2005. с. 868.
- ^ Арнольд О. Бекман: сто лет совершенства. Арнольд Текрей и Майнор Майерс-младший. Филадельфия: Фонд химического наследия, 2000.
- ^ «Роторы бакетной центрифуги - Beckman Coulter» . www.beckman.com . Проверено 13 октября 2021 г.
- ^ Beckman Instruments, подразделение Spinco. Уведомление о срочных корректирующих действиях: Реклассификация для минимизации опасности химического взрыва при ультрацентрифуге. 22 июня 1984 года.
- ^ Гудман, Т. Безопасность и безопасность центрифуг. Американская лаборатория, 1 февраля 2007 г.
- ^ Пирамун, Шейла. «Углеродные волокна повышают гибкость центрифуг: совершенствование роторов центрифуг за последние годы привело к повышению производительности лабораторий». Лабораторное оборудование март 2011: 12+. Генеральный справочный центр ЗОЛОТО. Веб. 15 февраля 2015 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Современное аналитическое ультрацентрифугирование в науке о белках: обзор учебного пособия
- Исследование мультибелковых комплексов методом мультисигнального скоростного аналитического ультрацентрифугирования
- Отчет о взрыве ультрацентрифуги
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
