Какие три типа центрифугирования существуют?

Введение

Центрифугирование — широко используемый метод в области науки и исследований. Он предполагает разделение частиц или молекул, диспергированных в жидкой среде, в зависимости от их плотности с помощью центробежной силы. Этот мощный метод произвел революцию в различных отраслях промышленности, включая фармацевтику, биотехнологии, химию и другие. Подвергая смесь высокоскоростному вращению, центрифугирование позволяет разделить компоненты по размеру, форме, плотности и вязкости. Существует три основных типа методов центрифугирования, каждый из которых имеет свои уникальные принципы и области применения. В этой статье мы подробно рассмотрим эти три типа центрифугирования, чтобы понять их рабочие механизмы и цели.

Дифференциальное центрифугирование

Дифференциальное центрифугирование, также известное как фракционирование или центрифугирование с гранулированием, представляет собой широко используемый метод разделения сложных смесей частиц или органелл в зависимости от их размера и плотности. Этот тип центрифугирования обычно используется в биологических исследованиях для выделения определенных компонентов из гетерогенного образца.

Этот метод включает в себя серию шагов, каждый из которых сопровождается увеличением центробежных сил, для разделения частиц разного размера. Пробу сначала центрифугируют на низких скоростях, позволяя более тяжелым частицам оседать на дне пробирки. Надосадочную жидкость, содержащую более легкие частицы, осторожно собирают и подвергают дальнейшему центрифугированию на более высоких скоростях. Этот процесс можно повторить несколько раз для достижения желаемого разделения.

Дифференциальное центрифугирование находит применение в различных областях, таких как клеточная биология, микробиология и биохимия. Он используется для выделения и очистки клеточных органелл, таких как митохондрии, ядра и лизосомы. Выборочно гранулируя определенные компоненты, исследователи могут более подробно изучить их структуру, функции и биохимические свойства.

Ультрацентрифугирование

Ультрацентрифугирование — это мощный метод, который использует чрезвычайно высокие центробежные силы для разделения частиц в зависимости от их плотности. Этот тип центрифугирования часто используется для разделения макромолекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты и липиды, а также субклеточных частиц, таких как рибосомы и вирусы. Ультрацентрифугирование обеспечивает исключительную разрешающую способность, позволяя ученым с большой точностью изолировать и характеризовать даже мельчайшие частицы.

Существует два типа ультрацентрифугирования: препаративное и аналитическое. Препаративное ультрацентрифугирование используется для крупномасштабного разделения и очистки биомолекул или частиц для дальнейшего анализа или применения. С другой стороны, аналитическое ультрацентрифугирование направлено на изучение физических свойств и взаимодействий молекул в растворе. Он дает представление о молекулярной массе, форме, коэффициенте седиментации и константах ассоциации.

Принципы ультрацентрифугирования основаны на использовании специального оборудования, называемого ультрацентрифугой, которое генерирует чрезвычайно высокие силы. Образец загружается в пробирки или ячейки, специально предназначенные для выдерживания этих сил, и вращается со скоростью до 150 000 оборотов в минуту (об/мин). Благодаря таким невероятным центробежным силам частицы или молекулы разной плотности образуют отдельные полосы вдоль трубки, что позволяет их разделять.

Изопикническое центрифугирование

Изопикническое центрифугирование, также известное как центрифугирование в градиенте плотности, представляет собой метод, используемый для разделения частиц или молекул на основе их плавучей плотности. В отличие от других типов центрифугирования, основанных на дифференциальном осаждении, изопикническое центрифугирование использует разницу в плотности между компонентами образца и средой с градиентом плотности.

В этом методе готовят среду с градиентом плотности, обычно используя растворы сахарозы или хлорида цезия с различными концентрациями. Образец наслаивается на градиент плотности и центрифугируется на высоких скоростях. Во время центрифугирования частицы перемещаются по градиенту плотности, пока не достигнут положения, в котором их плотность соответствует градиентной среде. В этот момент частицы плавают или оседают в зависимости от их равновесной плотности, достигая разделения.

Изопикническое центрифугирование особенно ценно для разделения биомолекул, таких как ДНК, РНК и белки, которые имеют одинаковые размеры, но разную плотность. Это позволяет изолировать чистые молекулы на основе их характеристической плавучей плотности. Более того, этот метод часто используется для очистки вирусных частиц и разделения субклеточных органелл.

Области применения методов центрифугирования

Методы центрифугирования находят многочисленные применения в широком спектре отраслей промышленности и областей исследований. Вот некоторые области, где эти методы играют решающую роль:

1. Фармацевтические исследования:

Центрифугирование вносит значительный вклад в фармацевтические исследования, позволяя выделять и очищать активные лекарственные соединения, белковые терапевтические средства и наночастицы. Это также облегчает характеристику фармацевтических составов и анализ стабильности лекарств.

2. Биотехнология:

В биотехнологии методы центрифугирования используются для сбора клеток, разделения ферментационного бульона, очистки биологических продуктов и последующей обработки. Эти методы жизненно важны для производства вакцин, рекомбинантных белков, ферментов и других биофармацевтических продуктов.

3. Анализ окружающей среды:

Центрифугирование помогает в анализе окружающей среды, отделяя взвешенные частицы из проб воды или почвы. Это имеет решающее значение для изучения воздействия на окружающую среду, мониторинга уровня загрязнения и анализа загрязняющих веществ в пробах окружающей среды.

4. Клиническая диагностика:

В клинических лабораториях для обработки проб крови широко используется центрифугирование. Он позволяет отделять плазму или сыворотку от цельной крови, позволяя анализировать различные компоненты крови, включая эритроциты и лейкоциты, тромбоциты и белки плазмы.

5. Исследования в области наук о жизни:

Методы центрифугирования широко используются в исследованиях в области медико-биологических наук для выделения и характеристики субклеточных органелл, таких как митохондрии, ядра и микросомы. Они также используются для изучения молекулярных взаимодействий, белок-белковых взаимодействий и молекулярной динамики.

Краткое содержание

Центрифугирование является мощным инструментом в научных исследованиях и различных отраслях промышленности. Три основных типа методов центрифугирования, включая дифференциальное центрифугирование, ультрацентрифугирование и изопикническое центрифугирование, позволяют разделять частицы, молекулы и органеллы в зависимости от их размера, плотности и плавучей плотности. Эти методы произвели революцию во многих областях: от фармацевтических и биотехнологических исследований до анализа окружающей среды и клинической диагностики.

Дифференциальное центрифугирование идеально подходит для разделения компонентов по размеру и плотности и находит применение в клеточной биологии и биохимии. С другой стороны, ультрацентрифугирование использует чрезвычайно высокие силы для изоляции макромолекул и субклеточных частиц, что позволяет лучше понять их физические свойства. Изопикническое центрифугирование позволяет разделять частицы на основе их плавучей плотности, что делает его неоценимым при разделении биомолекул одинакового размера, но разной плотности.

Благодаря своей универсальности и точности методы центрифугирования продолжают способствовать научным достижениям и вносят вклад в наше понимание мира природы. По мере развития технологий эти методы, вероятно, станут еще более совершенными и эффективными, открывая новые возможности для исследований и применения.

.