Centrifugering: vad det är, typer, vikt, exempel

Centrifugering är en teknik, metod eller procedur som mekaniskt eller fysiskt separerar molekyler eller partiklar med olika densiteter och vilka också är närvarande i ett flytande medium. Dess hörnsten är tillämpningen av centrifugalkraften, applicerad av ett lag som kallas centrifugal.

Genom centrifugering kan komponenterna i ett vätskeprov separeras och analyseras. Bland dessa komponenter är de olika klasserna av molekyler eller partiklar. Som partiklar hänvisas till olika cellfragment till cellernas organeller, till och med till flera typer av celler.

Theodor Svedger anses vara en av de främsta pionjärerna för forskning vid centrifugering. Nobelpriset 1926 bestämde att molekyler eller partiklar med sina egna storlekar, har olika sedimenterings-koefficienter S. "S" kommer från Svedger, till ära för hans arbete.

Partiklarna har därför karakteristiska sedimenteringshastigheter. Detta innebär att inte alla uppträder på samma sätt under en centrifugalkraft uttryckt i varv per minut (rpm) eller som en funktion av rotorns radie (relativ centrifugalkraft g ).

Bland de faktorer som bestämmer S och dess hastighet är exempelvis molekylernas eller partiklarnas egenskaper; mediumets egenskaper; tekniken eller förfarandet för centrifugering; och typen av centrifug som används bland annat.

Centrifugeringen klassificeras enligt nyttan av samma. Vid preparativ, när den är begränsad till separationen av provets komponenter; och i analys, när det också försöker analysera den separerade molekylen eller partikeln. Å andra sidan kan det också klassificeras enligt villkoren för processen.

Centrifugering i sina olika typer har varit avgörande för framsteg av vetenskaplig kunskap. Används i forskningscentra, har det underlättat förståelsen av komplexa biokemiska och biologiska processer, bland många andra.

Vad består det av? (Förfarande)

Basis för centrifugering

Centrifugeringsprocessen är baserad på det faktum att molekylerna eller partiklarna som utgör ett prov i lösning kommer att rotera när de roterar i en anordning som kallas en centrifug. Detta medför separation av partiklarna från det omgivande mediet vid sedimentering med olika hastigheter.

Processen är baserad på teorin om sedimentering. Enligt detta kommer partiklarna som har större densitet att lösa sig, medan resten av ämnena eller komponenterna i mediet kommer att förbli suspenderade.

Varför? Eftersom molekylerna eller partiklarna har sina egna storlekar, former, massor, volymer och densiteter. Därför lyckas inte alla av dem sedimentera på samma sätt, vilket innebär en annan sedimenteringskoefficient S; och därför vid en annan sedimenteringshastighet.

Dessa egenskaper är vilka som tillåter att separera molekylerna eller partiklarna genom centrifugalkraft vid en viss centrifugeringshastighet.

Centrifugalkraften

Centrifugalkraften kommer att påverkas av flera faktorer som bestämmer sedimenteringen: de som ligger i molekylerna eller partiklarna; till egenskaperna hos den miljö där de finns och faktorer relaterade till centrifugerna där centrifugeringsförfarandet utförs.

I förhållande till molekylerna eller partiklarna är massan, den specifika volymen och flotationsfaktorn densamma faktorer som påverkar sedimenteringen.

När det gäller miljön som omger dem är massan av det förskjutna lösningsmedlet, mediets densitet, motståndet mot förskottet och friktionskoefficienten viktiga.

När det gäller centrifugen är de viktigaste faktorer som påverkar sedimenteringsprocessen rotortypen, vinkelhastigheten, centrifugalkraften och följaktligen centrifugalhastigheten.

Typer av centrifuger

Det finns flera typer av centrifuger genom vilka provet kan utsättas för olika centrifugeringshastigheter.

Beroende på den maximala hastighet som uppnåtts, uttryckt i centrifugalacceleration (relativ centrifugalkraft g ) kan de klassificeras helt enkelt som centrifuger, med en maximal hastighet av cirka 3000 g .

Medan i de så kallade supercentrifugerna kan ett högre hastighetsområde nära 25 000 g uppnås. Och i ultracentrifuger är hastigheten mycket högre och når 100 000 g.

Enligt andra kriterier finns mikrocentrifuger eller bordscentrifuger, vilka är speciella för att utföra centrifugeringsprocessen vid en liten volym prov, når ett intervall av 12 000-15 000 g.

Det finns centrifuger med hög kapacitet som tillåter centrifugering av större och högre hastighetsprover, såsom ultracentrifuger.

Generellt måste flera faktorer kontrolleras för att skydda rotorn och provet från överhettning. För detta har ultracentrifuger skapats med speciella förhållanden för vakuum eller kylning, bland annat.

Typer av rotorer

Ett av de bestämande elementen är den typ av rotor, anordning som roterar och där rören är placerade. Det finns olika typer av rotorer. Bland de främsta är vipprotorer, fastvinkelrotorer och vertikala rotorer.

Vid lutande rotorer, när rören placeras i anordningarna av denna typ av rotor och vid vridning, kommer rören att förvärva ett arrangemang vinkelrätt mot rotationsaxeln.

I rotorer med fast vinkel kommer proverna att vara placerade inuti en fast struktur; som sedd i bilden och i många centrifuger.

Och i de vertikala rotorerna i vissa ultracentrifuger roterar rören parallellt med rotationsaxeln.

Typer av centrifugering

Typerna av centrifugering varierar beroende på syftet med dess tillämpning och de betingelser i vilka processen utförs. Dessa förhållanden kan vara olika beroende på typ av prov och typen av vad du vill skilja och / eller analysera.

Det finns ett första klassificeringskriterium baserat på syftet eller syftet med dess prestanda: preparativ centrifugering och analytisk centrifugering.

Preparativ centrifugering

Den mottar detta namn när centrifugering används huvudsakligen för att isolera eller separera molekyler, partiklar, cellfragment eller celler, för senare användning eller analys. Mängden prov som vanligtvis används för detta ändamål är relativt stort.

Analytisk centrifugering

Den analytiska centrifugeringen utförs för att mäta eller analysera de fysikaliska egenskaperna, såsom sedimenteringskoefficienten och de sedimenterade partiklarnas molekylmassa.

Centrifugering baserat på detta mål kan göras genom att tillämpa olika standardiserade förhållanden; som det är fallet till exempel av en av teknikerna för ultracentrifugeringsanalys som tillåter att analysera de molekyler eller partiklar som separeras, även när sedimenteringen äger rum.

I vissa specifika fall kan användningen av kvartscentrifugrör vara nödvändig. Således tillåter de passage av synligt och ultraviolett ljus, eftersom molekylerna observeras och analyseras med ett optiskt system under centrifugeringsprocessen.

Exakt finns det andra klassificeringskriterier beroende på de egenskaper eller förhållanden där centrifugeringsprocessen utförs. Dessa är: differentialcentrifugering, zonal eller bandcentrifugering och isopyknisk centrifugering eller sedimenteringsjämvikt.

Differentiell centrifugering

Denna typ av centrifugering består i att underkasta ett prov till centrifugering, i allmänhet med en vinkelrotor, för bestämd tid och hastighet.

Den är baserad på partikelns separation genom sin skillnad i sedimenteringshastighet, som är direkt relaterad till deras storlekar. De med större storlek och större S, sediment i rörets botten; medan de som är mindre kommer att förbli avstängda.

Den suspenderade separationen av fällningen är avgörande vid denna typ av centrifugering. De suspenderade partiklarna måste dekanteras eller avlägsnas från röret, så att pelleten eller pelleten kan suspenderas i ett annat lösningsmedel för ytterligare rening; det vill säga det centrifugeras igen.

Denna typ av teknik är inte användbar för att separera molekyler. I stället kan det användas för att utföra separation av exempelvis cellorganeller, från celler, bland andra partiklar.

Zonal- eller bandcentrifugering

Zonal- eller bandcentrifugering utför separationen av provets komponenter baserat på skillnaden i S när man passerar ett medium med en förformad densitetsgradient; som Ficoll eller sackaros, till exempel.

Provet placeras ovanpå provrörets gradient. Därefter fortsätter man att centrifugera med hög hastighet och separation sker i olika band anordnade längs mediet (som om det var en gelatin med flera lager).

Partiklarna med lägre värde av S är i början av mediet, medan de som är större eller har större S, riktas mot rörets botten.

Med denna procedur kan komponenterna som finns i de olika sedimenteringsbanden separeras. Det är viktigt att kontrollera tiden väl för att undvika att alla molekyler eller partiklar i provet sätter sig i botten av röret.

Isopyknisk centrifugering och andra typer

-Det finns många andra typer av centrifugering, såsom isopyknisk. Detta är specialiserat på att skilja makromolekyler, även om de är av samma typ. DNA passar mycket bra i denna typ av makromolekyler, eftersom det presenterar variationer i sekvenserna och kvantiteten av dess kvävebaser; och därför sedimentera med olika hastigheter.

- Det finns också ultracentrifugering, genom vilken sedimenteringsegenskaper hos biomolekyler studeras, till exempel en process som kan övervakas med ultraviolett ljus.

Det har varit användbart med kunskap om subcellulära strukturer eller organeller. Det har också tillåtit framsteg inom molekylärbiologi och vid utveckling av polymerer.

tillämpningar

Det finns otaliga områden av dagligt arbete där olika typer av centrifugering används. De tjänstgör för hälsovården, i bioanalytiska laboratorier, inom läkemedelsindustrin, bland andra områden. Men dess betydelse kan sammanfattas i två ord: separera och karakterisera.

Separerar partiklar

I kemi har de olika centrifugeringsteknikerna varit extremt viktiga av många anledningar.

Det tillåter att separera två molekyler eller blandbara partiklar. Hjälper eliminera föroreningar, ämnen eller oönskade partiklar i ett prov; till exempel ett prov i vilket endast proteiner önskas att bevaras.

I ett biologiskt prov, såsom blod, kan plasman separeras från den cellulära komponenten genom centrifugering. Detta bidrar till att realisera olika typer av biokemiska eller immunologiska tester i plasma eller serum, såväl som för rutin- eller specialstudier.

Till och med centrifugering möjliggör separering av olika celltyper. Ur ett blodprov kan exempelvis röda blodkroppar separeras från leukocyter eller vita blodkroppar och även från blodplättar.

Samma verktyg kan erhållas med centrifugering i någon av de biologiska vätskorna: urin, cerebrospinalvätska, fostervätska, bland många andra. På så sätt kan ett stort antal analyser utföras.

Som en karakteriseringsteknik

Det har också tillåtit studier eller analyser av de många molekylernas egenskaper eller hydrodynamiska egenskaper. huvudsakligen av komplexa molekyler eller makromolekyler.

Förutom många makromolekyler, såsom nukleinsyror. Inkluderat har det underlättat karaktäriseringen av detaljer av subtyperna av samma molekyl som RNA bland många andra tillämpningar.

Exempel på centrifugering

Tack vare de olika centrifugeringsteknikerna har framsteg gjorts i exakt kunskap om komplexa biologiska processer som smittsamma och bland annat metabolism.

- Genom centrifugering har många ultrastrukturella och funktionella aspekter av molekyler och biomolekyler belysats. Bland sådana biomolekyler kan proteinsulin och hemoglobin nämnas; och å andra sidan nukleinsyror (DNA och RNA).

-Med stöd av centrifugering har expanderat kunskapen och förståelsen för många av de processer som upprätthåller livet. En av dem är Krebs-cykeln.

I samma användningsområde har påverkat kunskapen om molekylerna som utgör andningsvägarna. Sålunda ger ljus till förståelsen av den komplexa processen med oxidativ fosforylering eller sann cellulär andning bland många andra processer.

-Finellt har det bidragit till studier av olika processer som smittsamma genom att tillåta att analysera vägen följd av DNA injicerat av en fag (virus av bakterier) och proteiner som värdcellen kan syntetisera.