مبانی کارکرد و نگهداری سانتریفیوژ

سانتریفیوژ‌ها در آزمایشگاه های مختلف برای جداسازی مایعات، گازها یا مایعات بر اساس چگالی استفاده می شوند. در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و بالینی، سانتریفیوژها اغلب برای کشت سلولی، پاکسازی اندامک، ویروس، پروتئین و اسید نوکلئیک استفاده می شود. سانتریفیوژها تاریخچه ای طولانی دارند و اولین سانتریفیوژ تجاری در سال ۱۸۶۴ رونمایی شد.

آنتونین پرانتل یک سانتریفیوژ لبنی برای جداسازی خامه از شیر تولید کرد. پنج سال بعد، در سال ۱۸۶۹ ، فردریش میچر اولین کسی بود که از سانتریفیوژ در آزمایشگاه برای جداسازی اندامک سلولی استفاده کرد. نمونه ای از استفاده از سانتریفیوژ در یک محیط بالینی برای جداسازی اجزای کل خون است. آزمایش های مختلف نیاز به سرم یا پلاسما دارد که ممکن است با آن به دست آید. سرم با لخته شدن نمونه خون کامل در دمای اتاق به دست می آید. سپس نمونه در سانتریفوژ قرار داده می شود و لخته برداشته می شود و سوپرناتانت (ته مانده) سرم باقی می ماند.

بر خلاف سرم، پلاسما از خون کامل به دست می آید که برای لخته شدن باقی نمانده و حاوی سرم همراه با عوامل لخته شدن است. برای به دست آوردن پلاسما، یک نمونه خون کامل در لوله های آغشته شده با فاکتور ضد انعقاد جمع آوری می شود. پس از سانتریفوژ، سلول ها برداشته می شوند و سوپرناتانت(محلول شناور رویی هنگام تشکیل رسوب در سانتریفیوژ) پلاسما جدا می شوند.

سانتریفیوژ چگونه کار می کند؟

اصول سانتریفوژ 

سانتریفیوژ چه کاری انجام می دهد؟

از سانتریفیوژ برای جداسازی ذرات معلق در مایع با توجه به اندازه و چگالی ذرات، ویسکوزیته محیط و سرعت روتور استفاده می شود. در یک محلول، نیروی گرانشی باعث می شود ذرات با چگالی بالاتر از حلال برای ته نشین شدن، و ذرات که چگالی کمتری نسبت به حلال دارند شناور شوند. سانتریفوژ از اختلاف حتی دقیقه در چگالی برای جدا کردن ذرات در یک محلول استفاده می کند.

همانطور که روتور حول یک محور مرکزی می چرخد، یک نیروی گریز از مرکز تولید می کند که برای دور کردن ذرات از محور چرخش عمل می کند. اگر نیروی گریز از مرکز از نیروهای شناوری رسانه مایع و نیروی اصطکاکی ایجاد شده توسط ذره فراتر رود، ذرات رسوب خواهند کرد.

نحوه انتخاب سانتریفیوژ

اندازه

سانتریفیوژها به عنوان مدل های مختلف رومیزی یا ایستاده در دسترس هستند. مدل های ایستاده ظرفیت نمونه بیشتری داشته و می توانند به سرعت های بالایی دست یابند. سانتریفیوژهای فوق سرعت می توانند حداکثر نیروی G (نیروی گریز از مرکز نسبی) را به دست آورند.

بیش از ۷۰,۰۰۰  نیروی سانتریفیوژ نسبی و سانتریفیوژ الترا که اغلب برای جداسازی DNA یا RNA استفاده می شود، می تواند تا ۱,۰۰۰,۰۰۰  نیروی سانتریفیوژ نسبی برسد. برای کاربردهای با ظرفیت بالا و سرعت پایین، سانتریفیوژهای با سرعت پایین به حدود ۷۰۰۰  نیروی سانتریفیوژ نسبی  در دسترس هستند.

مدل های رومیزی دارای فضای کمتری هستند و مدل های با هدف کلی برای طیف گستردهای از کاربردها ایده آل هستند. مدل های بسیاری از مدل رومیزی در دسترس هستند، از جمله مدل های با سرعت بالا، میکروسانتریفیوژ، بالینی و سل واشر. مدل های بالینی و سل واشر معمولا با سرعت پایین تر عمل می کنند و برای کاربرهای تشخیصی و پاکسازی مواد زائد از گلبول های قرمز خون مناسب هستند.

انواع سانتریفیوژ

درک انواع مختلف سانتریفیوژها فراتر از طبقه بندی اساسی مدل های رومیزی و ایستاده است. در اینجا چند نوع سانتریفیوژ دیگر طبقه بندی شده است به عنوان رومیزی یا ایستاده اما دارای ویژگی های دیگری است که آنها را متمایز می کند.

سانتریفیوژ یخچال دار

طراحی شده برای حفظ دمای ثابت برای اطمینان از زنده بودن نمونه های حساس به حرارت، سانتریفیوژهای یخچال دار در بسیاری از آزمایشگاه ها یک جزء اصلی هستند. آنها اغلب در زیست شناسی، بیوشیمی و آزمایشگاه های بالینی استفاده می شود.

سانتریفیوژ خلاء

متمرکز کننده خلاء یا اوپراتور گریز از مرکز نیز نامیده می شوند، سانتریفیوژهای خلاء نوع منحصر به فردی از سانتریفیوژ هستند که در طول سانتریفوژ، هوای خلاء را درون محفظه می کشند.

به جای جداسازی قطعات بر اساس چگالی مانند یک سانتریفیوژ استاندارد، اواپراتور های گریز از مرکز نمونه ها را با حلال های تبخیر شده متمرکز می کنند. بسیار شبیه به خشک کن انجماد، کشیدن خلاء در محفظه، نقطه جوش حلال های نمونه را کاهش می دهد و به حلال ها اجازه می دهد سریعتر تبخیر شده و از نمونه های متمرکز را جدا شوند. سانتریفیوژهای خلاء در توسعه داروهای دارویی، تحقیقات ژنومی و پروتئومیک رایج هستند، جایی که آنها در خالص سازی DNA/RNA و پروتئین ها استفاده می شوند.

مطالعه مقاله ای دیگر در ارتباط با خرید بهترین لوازم و تجهیزات آزمایشگاهی

میکروسانتریفیوژ

طراحی شده برای پردازش حجم نمونه کوچک، میکروسانتریفیوژها سانتریفیوژ با سرعت بالا را در مقیاس کوچک ارائه می دهند. اشغال فضای کمتر باعث می شود آنها برای آزمایشگاه های دارای فضای محدود مناسب باشند. آنها در آزمایشگاه های زیست شناسی مولکولی برای آماده سازی نمونه های DNA/RNA و پروتئین رایج هستند.

اولتراسانتریفیوژ

همانطور که از نام آن مشخص است، اولتراسانتریفیوژها برای گردش بسیار سریع طراحی شده اند. با مدل هایی که قادر به چرخش بین ۶۰,۰۰۰  دور در دقیقه تا ۱۵۰,۰۰۰  دور در دقیقه هستند، آنها برای جداسازی ذرات بسیار ریز مانند ویروس ها و ریبوزوم ها مناسب هستند. اولترا سانتریفیوژ اغلب در محیط های پزشکی استفاده می شود، مانند آزمایشگاه های هماتولوژی برای جداسازی و آنالیز خون.

اولتراسانتریفیوژهای آنالیزور

به طور معمول، سانتریفیوژها بخشی از فرآیند آماده سازی نمونه آزمایشگاه برای آنالیز هستند. با این حال، اولتراسانتریفیوژهای تحلیلی نقش فعالی در آنالیز دارند.

مجهز به سیستم های نوری مانند طیف مرئی-فرابنفش یا تشخیص فلورسانس که نمونه ها را در زمان درست طی سانتریفوژ آنالیز می کند. آنها می توانند اطلاعات دقیقی در مورد ویژگی های مولکول ها مانند سرعت رسوب ارائه دهند.

انواع روتور سانتریفیوژ

دو طرح روتور بسیار رایج وجود دارد: زاویه ثابت و زاویه شناور. روتور زاویه ثابت برای نگه داشتن لوله ها در یک موقعیت ثابت در یک زاویه ثابت نسبت به محور عمودی چرخش (تا حدود 45°) طراحی شده است. سانتریفوژ باعث رسوب ذرات در امتداد سمت و پایین لوله خواهد شد. طراحی روتور شناور به لوله ها اجازه می دهد تا از حالت عمودی در طی سانتریفوژ موازی به حالت افقی تغییر پیدا کرده و در نتیجه رسوب در امتداد پایین لوله تشکیل می شود.

روتور زاویه ثابت ایده آل برای رسوب دهی مواد یا برای حذف ذرات معلق و مواد زائد و یا برای بازیابی رسوب، ایده آل است, در حالی که روتور شناور برای جداسازی نمونه های با حجم زیاد در سرعت های پایین و حل نمونه ها در روش سرعت منطقه ای (چگالی) مناسب است.

سرعت 

سانتریفیوژها ممکن است بر اساس حداکثر سرعت طبقه بندی شوند، که به عنوان دور در دقیقه (RPM) اندازه گیری می شود. سرعت از ۰-۷۵۰۰ دور در دقیقه برای سانتریفیوژهای کم سرعت، تا ۲۰,۰۰۰ دور در دقیقه یا بالاتر متغیر است.

سرعت روتور سانتریفیوژ اغلب به عنوان RCF در واحدهای گرانش (x g) برای روش های مختلف بیان می شود. با این حال، بسیاری از سانتریفیوژها سرعت را به عنوان دور در دقیقه (RPM) نشان می دهند.

نیاز به تبدیل برای اطمینان از شرایط تجربی صحیح. فرمول زیر برای تبدیل RPM به RCF استفاده می شود، جایی که R شعاع روتور (cm) و S سرعت (RPM) است:

g = (1.118 x 10^-5) R S^2

اندازه 

سانتریفیوژها  در مدل های مختلف رومیزی یا ایستاده قابل دسترس هستند. مدلهای ایستاده ظرفیت نمونه بیشتری داشته و می توانند به سرعت های بالایی دست یابند.

سانتریفیوژهای فوق سرعت می توانند حداکثر نیروی G (نیروی گریز از مرکز نسبی، RCF) بیش از ۷۰,۰۰۰  x g  رسیده و اولترا سانتریفیوژ که اغلب برای خالص سازی DNA یا RNA استفاده می شود،  می توانند تا  ۱,۰۰۰,۰۰۰ x g برسند. برای کاربردهای با ظرفیت بالا و سرعت پایین، سانتریفیوژهای با سرعت پایین به حدود ۷۰۰۰ x g در دسترس هستند.

مدلهای رومیزی دارای فضای کمتری هستند و مدلهای با هدف کلی برای طیف گستردهای از کاربردها ایده آل هستند. مدل های بسیاری از سانتریفیوژ رومیزی در دسترس هستند، از جمله مدل های با سرعت بالا، میکروسانتریفیوژ، بالینی و سل واشر . مدل های بالینی و سل واشر ها معمولا با سرعت پایین تر عمل می کنند و برای کاربردهای تشخیصی و جداسازی مواد زائد از گلبول های قرمز خون مناسب هستند.

سانتریفیوژ برای کاربرد های مختلف

انتخاب سانتریفیوژ مناسب برای کاربرد خاص ضروری است. هنگام خرید سانتریفیوژ، مهم است که سوالات زیر را در نظر بگیرید:

▸ با چه حجمی از نمونه کار می کنید؟ برای حجم های بزرگ یا متغیر، مدل ایستاده با ظرفیت بالاتر و روتور متغیر ممکن است بهترین راه حل باشد.

▸ آیا دمای نمونه ها حساس است؟ اگر چنین است، یک سانتریفیوژ دارای کنترل دما و سرمایش مورد نیاز است.

▸ آیا سانتریفیوژ برای پردازش نمونه های بالینی یا بانک خون استفاده می شود؟ سل واشر ها یا مدل های بالینی برای این کاربردهای خاص در دسترس هستند.

▸ چه مقداری از فضای آزمایشگاه برای فضای اشغال شده توسط سانتریفیوژ در دسترس است؟

▸ حداکثر نیروی G که سانتریفیوژ قادر به تولید است چیست؟ سانتریفیوژهای کم سرعت برای جداسازی کل سلول ها ایده آل هستند، در حالی که اولتراسانتریفیوژها برای جداسازی DNA و RNA ضروری هستند.

نحوه استفاده ایمن از سانتریفیوژ

اطمینان از سطح کار محکم و تراز

مطمئن شوید که قبل از کار سانتریفیوژ بر روی سطح مناسب قرار دارد.

متعادل سازی 

قرار گرفتن سانتریفیوژ در فضای نامتعادل ممکن است باعث آسیب قابل توجهی شود و به اپراتور و سایر پرسنل آزمایشگاه آسیب برساند. جرم کل هر لوله باید تا حد ممکن نزدیک باشد – این امر در سرعت روتور بسیار دارای اهمیت می باشد. متعادل کردن جرم ها به نزدیکترین 0.1 گرم توصیه می شود و مهم است که لوله ها را با جرم و نه حجم متعادل کنید. به عنوان مثال، یک نمونه متشکل از مایع با چگالی بالاتر یا کمتر از آب با حجم مساوی را متعادل نکنید.

درب را در حالی که روتور در حال حرکت است باز نکنید

بسیاری از سانتریفیوژها دارای خاموش شدن ایمن هستند با این حال، این تنها برق روتور را متوقف می کند، اما همچنان به دلیل اینرسی خود برای مدتی مچرخیده تا زمانی که با اصطکاک به توقف برسد.

اگر دارای تکان یا لرزش است، دو شاخه را بکشید

کمی لرزش طبیعی است، اما مقدار بیش از حد آن می تواند به معنی خطر باشد. ابتدا، دو بار بررسی کنید که لوله ها به درستی متعادل هستند. اگر این مسئله حل نشد، با سانتریفیوژ تا زمانی که توسط سازنده یا فروشنده سرویس نشده باشد، کار نکنید.

چگونه یک سانتریفیوژ را متعادل می کنید؟

چرا باید سانتریفیوژ را متعادل کنید؟

قبل از شروع سانتریفیوژ، لازم است آن را به درستی بارگیری کنید. متعادل کردن سانتریفیوژ از آسیب احتمالی به ابزار جلوگیری می کند و برای عملیات ایمن بسیار مهم است.

چگونه سانتریفیوژ را متعادل کنیم؟

۱. اطمینان حاصل کنید که تمام لوله های نمونه به طور مساوی پر شده اند. اگر لوله های اضافی مورد نیاز است،  تعادل آنها را با آب یا مایع با چگالی مشابه به نمونه پر کنید و اطمینان حاصل کنید که جرم به با دقت ۰.۱ گرم متعادل است.

۲. برای هر لوله ای که در روتور قرار داده شده است، یک لوله با وزن برابر به طور مستقیم در مقابل آن اضافه کنید.

این کار باعث می شود که مرکز ثقل در مرکز روتور باقی بماند.

۳. روتور را ۹۰° بچرخانید و دو لوله اضافی را به طور مستقیم در مقابل یکدیگر قرار دهید.

۴. فرایند ها را تکرار کنید.

نحوه تعادل ۳ لوله، ۵ لوله یا ۷ لوله با ۱۲ موقعیت

دو راه برای تعادل سه لوله وجود دارد. اولین گزینه این است که سه لوله نمونه را در کنار یکدیگر قرار دهید و سه لوله تعادل ایجاد کنید تا به طور مستقیم از لوله های نمونه قرار گیرد.

از طرف دیگر ، سه لوله نمونه ممکن است به طور مساوی در اطراف روتور فاصله داشته باشند.

برای تعادل پنج لوله، یک لوله تعادل ایجاد کنید و دو مجموعه از سه لوله را از یکدیگر جدا کنید.

برای تعادل هفت لوله، یک لوله تعادل ایجاد کنید و دو مجموعه از چهار لوله را از یکدیگر جدا کنید.

نگهداری از سانتریفیوژ

مراحل اساسی برای نگهداری صحیح

برای نگهداری سانتریفیوژ خود در شرایط بالا، این مراحل ساده را دنبال کنید:

۱. به طور منظم سانتریفیوژ را روغن کاری کنید، به ویژه حلقه های O که در برابر نشت نمونه محافظت می کنند.

۲. اطمینان حاصل کنید که هر یک از اجزای نخ با گریس تایید شده تمیز و روانکاری می شوند تا از خوردگی متقابل جلوگیری شود.

۳. آموزش همه کاربران در حین کار با سانتریفیوژ مناسب، از جمله قرار دادن سطل، تعادل لوله، و توجه به دستورالعمل سرعت روتور.

چگونه استهلاک را بررسی کنید؟

بازرسی های منظم باید بر روی موارد زیر تمرکز کنند:

▸ بررسی خراش ها یا اثرات قرار گیری روتور در معرض مواد شیمیایی.

▸ توجه به هر گونه سر و صدای غیر معمول، لرزش، تکان یا سایش، و توقف واحد بلافاصله در صورت وقوع این اتفاق.

روش تمیز کردن سانتریفیوژ چگونه است؟

برای تمیز کردن، از این دستورالعمل ها استفاده کنید:

▸ به طور مرتب با محلول های خنثی مانند الکل یا ضد عفونی کننده های مبتنی بر الکل تمیز کنید.

▸ از یک پارچه نرم برای روتورها و لوازم جانبی استفاده کنید.

▸ تمیز کردن روزانه باید شامل فضای داخلی، محفظه روتور و هر گونه قطعات الکترونیکی مانند صفحه لمسی و صفحه کلید باشد.

▸ توجه به انواع نمونه های مورد استفاده و هر پروتکل تمیز کردن خاص مورد نیاز برای نشت مواد.

آیا ملاحظات خاصی برای آموزش کاربران جدید در تعمیر و نگهداری وجود دارد؟

بله، مهم است که از روش های تمیز کردن گسترده و واضح استفاده کنید. به کارکنان جدید درباره اهمیت ضدعفونی کردن محیط  بدون در نظر گرفتن ریسک کار تأکید کنید.

منابع:

• https://www.labmanager.com/the-basics-of-centrifuge-operation-and-maintenance-1433
• What to Ask When Buying a Centrifuge and other helpful tips
• Centrifuges Product Page