CENTRIFUGERING: VAD DEN BESTÅR AV, TYPER, VIKT, EXEMPEL - KEMI - 2026

Den centrifugering är en teknik, metod eller procedur, mekaniskt eller fysikaliskt separera molekyler eller partiklar med olika densiteter och är också närvarande i ett flytande medium. Dess hörnsten är tillämpningen av centrifugalkraft, applicerad av utrustning som kallas en centrifug.

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

Centrifug. Källa: Matt Janicki via Flickr

Theodor Svedger anses vara en av de ledande pionjärerna inom centrifugeringsforskning. Nobelpriset 1926, bestämde att molekyler eller partiklar med sina egna storlekar har olika sedimentationskoefficienter S. "S" kommer från Svedger, för att hedra hans arbete.

Partiklarna har därför karakteristiska sedimentationshastigheter. Detta betyder att inte alla uppträder på samma sätt under inverkan av en centrifugalkraft uttryckt i varv per minut (varv / minut) eller som en funktion av rotorradie (relativ centrifugalkraft, g).

Bland de faktorer som bestämmer S och dess hastighet är till exempel egenskaperna hos molekylerna eller partiklarna; mediets egenskaper; tekniken eller metoden för centrifugering; och vilken typ av centrifug som används, bland andra aspekter.

Centrifugering klassificeras enligt dess användbarhet. Som preparativt när det är begränsat till separationen av provets komponenter; och i analys, när den också försöker analysera den separerade molekylen eller partikeln. Å andra sidan kan det också klassificeras baserat på processvillkoren.

Centrifugering i dess olika typer har varit viktigt för att främja vetenskaplig kunskap. Används i forskningscentra har det underlättat förståelsen för komplexa biokemiska och biologiska processer, bland många andra.

Vad består det av? (bearbeta)

Grund för centrifugering

Centrifugeringsprocessen baseras 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 orsakar separering av partiklarna från miljön som omger dem när de sätter sig i olika hastigheter.

Processen är specifikt baserad på teorin om sedimentation. Enligt detta kommer de partiklar som har en högre densitet att sedimentera medan resten av miljöns ämnen eller komponenter förblir suspenderade.

Varför? Eftersom molekyler eller partiklar har sina egna storlekar, former, massor, volymer och densiteter. Därför lyckas inte alla av dem att sedimentera på samma sätt, vilket innebär en annan sedimentationskoefficient S; och följaktligen med en annan sedimentationshastighet.

Dessa egenskaper är de som gör att molekyler eller partiklar kan separeras med centrifugalkraft vid en given centrifugeringshastighet.

Centrifugalkraft

Centrifugalkraften kommer att påverkas av flera faktorer som bestämmer sedimentationen: de som är inneboende i molekylerna eller partiklarna; till egenskaperna hos miljön där de finns; och faktorer relaterade till centrifugerna där centrifugeringsförfarandet utförs.

I förhållande till molekylerna eller partiklarna är massan, den specifika volymen och flotationsfaktorn för dessa påverkande faktorer i sedimentationen.

När det gäller miljön som omger dem är massan hos det förskjutna lösningsmedlet, massans densitet, motståndet mot framsteg och friktionskoefficient viktiga.

När det gäller centrifugen är de viktigaste faktorerna 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 hastigheten de når, uttryckt i centrifugalacceleration (relativ centrifugalkraft g), kan de enkelt klassificeras som centrifuger, med en maximal hastighet av cirka 3 000 g.

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

Enligt andra kriterier finns det mikroplatta eller centrifuger från plattan, som är speciella för att utföra centrifugeringsprocessen med en liten provvolym och når ett intervall från 12 000 till 15 000 g.

Det finns centrifuger med hög kapacitet som möjliggör centrifugering av större volym med hög hastighet, t.ex. ultracentrifuger.

I allmänhet måste flera faktorer kontrolleras för att skydda rotorn och provet från överhettning. För detta har ultracentrifuger skapats med speciella vakuum- eller kylförhållanden, bland andra.

Rotortyper

Ett av bestämningselementen är rotortypen, en anordning som roterar och där rören är placerade. Det finns olika typer av rotorer. Bland de viktigaste är svingarmrotorer, fixerade vinkelrotorer och vertikala rotorer.

Vid lutande rotorer, när rören placeras i anordningarna av denna typ av rotor och när de roterar, kommer rören att erhålla ett arrangemang vinkelrätt mot rotationsaxeln.

I rotorer med fast vinkel kommer proverna att vara belägna i en fast struktur; som det ses på bilden och i många centrifuger.

Och i de vertikala rotorerna i vissa ultracentrifuger kommer rören att rotera parallellt med rotationsaxeln.

Typer av centrifugering

Centrifugeringstyperna varierar beroende på syftet med deras tillämpning och villkoren under vilka processen genomförs. Dessa förhållanden kan vara olika beroende på typ av prov och arten av vad som ska separeras och / eller analyseras.

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

Preparativ centrifugering

Det får detta namn när centrifugering främst används för att isolera eller separera molekyler, partiklar, cellfragment eller celler för deras senare användning eller analys. Mängden prov som vanligtvis används för detta ändamål är relativt stor.

Analytisk centrifugering

Analytisk centrifugering utförs för att mäta eller analysera de fysikaliska egenskaperna, såsom sedimentationskoefficienten och molekylmassan hos de sedimenterade partiklarna.

Centrifugering baserat på detta mål kan utföras genom att tillämpa olika standardiserade förhållanden; som exempelvis en av de analytiska ultracentrifugeringsteknikerna, som gör det möjligt att analysera molekylerna eller partiklarna som är separerade, även när sedimentation äger rum.

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

Exakt finns det andra klassificeringskriterier beroende på egenskaperna eller förhållandena under vilka centrifugeringsprocessen genomförs. Dessa är: differentiell centrifugering, zon- eller bandcentrifugering och isopycnic eller sedimentationsjämviktcentrifugering.

Differentialcentrifugering

Denna typ av centrifugering består av att utsätta ett prov för centrifugering, i allmänhet med en vinkelrotor, för en specifik tid och hastighet.

Det är baserat på separering av partiklar på grund av deras skillnad i sedimentationshastighet, vilket är direkt relaterat till deras storlekar. De som är större och större S, sätter sig ner på rörets botten; medan de som är mindre kommer att förbli avstängda.

Suspenderad separering av fällningen är avgörande vid denna typ av centrifugering. Suspenderade partiklar måste dekanteras eller tas bort från röret så att sedimentet eller pelleten kan hängas upp i ett annat lösningsmedel för efterföljande rening; det vill säga, det centrifugeras igen.

Denna typ av teknik är inte användbar för att separera molekyler. I stället kan den användas för att separera, till exempel, cellulära organeller, celler, bland andra partiklar.

Zon- eller bandcentrifugering

Zonal- eller bandcentrifugeringen utför separationen av komponenterna i provet baserat på skillnaden mellan S när man passerar genom ett medium med en förformad densitetsgradient; som till exempel Ficoll eller sackaros.

Provet placeras ovanpå provrörets lutning. Därefter fortsätter den att centrifugera med hög hastighet och separationen äger rum i olika band arrangerade längs mitten (som om det var ett gelatin med flera lager).

Partiklar med ett lägre värde på S kvarstår i början av mediet, medan de som är större eller har högre S, går mot rörets botten.

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

Isopycnic centrifugering och andra typer

-Det finns många andra typer av centrifugering, till exempel isopycnic. Detta är specialiserat på att separera makromolekyler, även om de är av samma typ. DNA passar mycket bra i denna typ av makromolekyler, eftersom det presenterar variationer i sekvenser och kvantitet av dess kvävebaser; och därför sediment i olika hastigheter.

-Det finns också ultracentrifugering, genom vilken sedimentationsegenskaperna för biomolekyler studeras, en process som till exempel kan övervakas med hjälp av ultraviolett ljus.

Det har varit användbart för att förstå subcellulära strukturer eller organeller. Det har också möjliggjort framsteg inom molekylärbiologi och i utvecklingen av polymerer.

tillämpningar

Det finns otaliga områden i det dagliga livet där de olika typerna av centrifugering används. De används för hälso- och sjukvården, i bioanalytiska laboratorier, bland annat inom läkemedelsindustrin. Men dess betydelse kan sammanfattas i två ord: separera och karakterisera.

Separerar partiklar

Inom kemi har olika centrifugeringstekniker visat sig oerhört viktiga av många skäl.

Det gör det möjligt att separera två blandbara molekyler eller partiklar. Hjälper till att ta bort oönskade föroreningar, ämnen eller partiklar i ett prov; till exempel ett prov där du bara vill bevara proteiner.

I ett biologiskt prov, såsom blod, kan plasma separeras från den cellulära komponenten genom centrifugering. Detta bidrar till utförandet av olika typer av biokemiska eller immunologiska tester på plasma eller serum, såväl som för rutinmässiga eller speciella studier.

Till och med centrifugering gör att de olika typerna av celler kan separeras. Från ett blodprov, till exempel, kan röda blodkroppar separeras från leukocyter eller vita blodkroppar, och även från blodplättar.

Samma användbarhet kan erhållas med centrifugering i vilken som helst av de biologiska vätskorna: urin, cerebrospinalvätska, amniotisk vätska, bland många andra. På detta sätt kan en mängd olika analyser genomföras.

Som karakteriseringsteknik

Det har också gjort det möjligt att studera eller analysera egenskaperna hos eller hydrodynamiska egenskaper hos många molekyler; huvudsakligen av komplexa molekyler eller makromolekyler.

Samt många makromolekyler såsom nukleinsyror. Det har till och med gjort det enklare att karakterisera detaljer om subtyperna till samma molekyl som RNA, bland många andra tillämpningar.

Exempel på centrifugering

-Tack för de olika centrifugeringsteknikerna har framsteg gjorts i exakt kunskap om komplexa biologiska processer såsom infektionssjukdomar och metabolism, bland andra.

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

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

Inom samma användningsområde har det påverkat kunskapen om molekylerna som utgör andningskedjan. Således ger ljus till förståelsen av den komplexa processen för oxidativ fosforylering, eller sann cellulär andning, bland många andra processer.

-Slutligen har det bidragit till studien av olika processer såsom infektionssjukdom, genom att tillåta analys av vägen följt av DNA som injiceras av en fag (bakterievirus) och de proteiner som värdcellen kan syntetisera.

referenser

1. Parul Kumar. (Sf). Centrifug: Introduktion, typer, användningar och andra detaljer (med diagram). Hämtad från: biologydiscussion.com
2. Kapitel 3 Centrifugering. . Återställd från: phys.sinica.edu.tw
3. Grunder för biokemi och tillämpad molekylärbiologi. (Bachelor of Biology) Ämne 2: centrifugering. . Hämtad från: ehu.eus
4. Mathews, CK och Van Holde, KE (1998). Biokemi, 2: a upplagan. McGraw-Hill Interamericana.
5. Wikipedia. (2018). Centrifugering. Hämtad från: en.wikipedia.org