Что такое дисковое центрифугирование?

Что такое дисковое центрифугирование?

Дисковое центрифугирование — широко используемый метод в различных научных областях для разделения частиц или молекул в зависимости от их размера, плотности и формы. Он предполагает использование центрифуги — мощного устройства, применяющего центробежную силу для ускорения осаждения веществ. Используя преимущества различной скорости осаждения различных компонентов, дисковое центрифугирование позволяет исследователям изолировать и очищать определенные вещества из сложных смесей.

Принцип дискового центрифугирования

Дисковое центрифугирование работает по принципу центрифугирования в градиенте плотности. Этот метод использует разницу в плотности между частицами и раствором окружающей среды. Образец наслаивается на среду с градиентом плотности внутри специально разработанной пробирки, широко известной как центрифужная или центробежная пробирка. Под воздействием высоких центробежных сил частицы мигрируют через градиент плотности, пока не достигнут точки равновесия, где они больше не испытывают никакой результирующей силы.

Скорость осаждения частиц определяется их размером, формой и плотностью. Более тяжелые и крупные частицы оседают быстрее, тогда как более легкие и более мелкие частицы оседают медленнее. Эта дифференциальная седиментация позволяет разделить различные компоненты в образце, при этом каждый из них оседает в определенном положении в пределах градиента плотности.

Различные типы дискового центрифугирования

Дисковое центрифугирование включает в себя несколько методов, каждый из которых адаптирован для различных исследовательских целей и применений. Здесь мы рассмотрим пять распространенных типов дискового центрифугирования:

1. Дифференциальное центрифугирование

Дифференциальное центрифугирование — самая простая и наиболее часто используемая форма дискового центрифугирования. Он включает в себя последовательные этапы центрифугирования с возрастающей скоростью для разделения частиц в зависимости от их размера и плотности. Сначала образец вращается на низкой скорости для осаждения более крупных и тяжелых частиц, в то время как более мелкие и легкие частицы остаются в надосадочной жидкости. Супернатант собирают и центрифугируют на более высокой скорости для осаждения более мелких частиц и так далее.

На каждом этапе центрифугирования отделяется более специфическая фракция частиц, что позволяет изолировать и очистить различные компоненты в образце. Этот метод особенно полезен при изучении клеточных органелл, таких как митохондрии, ядра и лизосомы, а также для разделения различных микроорганизмов.

2. Изопикническое центрифугирование

Изопикническое центрифугирование, также известное как центрифугирование в градиенте равновесной плотности, используется для разделения частиц на основе их плавучей плотности. В этом методе образец подвергается центрифугированию в среде с градиентом плотности, обычно в растворе с непрерывным градиентом плотности. Градиент плотности можно создать с помощью различных веществ, например сахарозы, хлорида цезия или йодиксанола.

Во время центрифугирования частицы движутся по градиенту плотности до тех пор, пока не достигнут точки равновесия, то есть положения, в котором они имеют ту же плотность, что и окружающая среда. В состоянии равновесия частицы остаются во взвешенном состоянии в градиенте плотности без дальнейшего осаждения. Этот метод особенно полезен для анализа состава, выделения макромолекул, разделения субклеточных компонентов и определения плавучей плотности частиц.

3. Скорость-зональное центрифугирование

Зональное центрифугирование по скоростям — это метод центрифугирования, используемый для разделения частиц на основе их коэффициента седиментации. Он предполагает использование среды с градиентом плотности, такой как сахароза или хлорид цезия, и образец наслаивается поверх этого градиента. Скорость и продолжительность центрифугирования тщательно контролируются, чтобы обеспечить разделение и сбор конкретных частиц из градиента.

Во время центрифугирования частицы осаждаются с разной скоростью за счет градиента плотности в зависимости от их размера, формы и плотности. Следовательно, разные частицы образуют отдельные полосы в определенных положениях градиента. Собирая различные полосы, исследователи могут изолировать и изучать конкретные интересующие частицы. Скоростно-зональное центрифугирование широко применяется при очистке белков, выделении фрагментов ДНК и выделении вирусов.

4. Препаративное центрифугирование

Препаративное центрифугирование — это метод, используемый в более широком масштабе, чем аналитическое центрифугирование, для периодической обработки и выделения целевых частиц. Он предполагает центрифугирование большого объема образца с целью получения очищенных фракций. Препаративные методы центрифугирования включают дифференциальное центрифугирование и изопикническое центрифугирование, которые адаптированы для крупномасштабного разделения.

Процесс очистки препаративным центрифугированием может представлять собой многоэтапную процедуру, каждый этап которой направлен на обогащение интересующей фракции образца. Его обычно используют в биотехнологии и фармацевтической промышленности для крупномасштабного производства белков, выделения субклеточных компонентов и очистки вирусов для вакцин.

5. Центрифугирование в градиенте плотности

Центрифугирование в градиенте плотности предполагает использование среды с градиентом плотности для разделения частиц в зависимости от их размера, формы и сродства к среде. Образец наслаивают на градиент плотности и затем подвергают центрифугированию. По мере того, как частицы мигрируют через градиент плотности, они разделяются на отдельные полосы или зоны в разных положениях.

Этот метод полезен для разделения частиц с одинаковой плотностью, например, для разделения различных видов РНК по длинам их соответствующих пар оснований. Центрифугирование в градиенте плотности также используется для разделения липопротеинов, вирусных частиц и субклеточных компонентов.

В итоге

Методы дискового центрифугирования, включая дифференциальное, изопикническое, скоростно-зональное, препаративное и центрифугирование в градиенте плотности, произвели революцию в исследованиях во многих научных дисциплинах. Эти методы позволяют ученым изолировать, очищать и изучать определенные частицы или молекулы в сложных смесях. Используя преимущества различных скоростей, плотностей и градиентов седиментации, дисковое центрифугирование играет жизненно важную роль в развитии научных знаний и содействии важным открытиям в различных областях. Будь то исследование субклеточных компонентов, выделение белков или очистка вирусных частиц, дисковое центрифугирование остается бесценным инструментом для исследователей во всем мире.