Ultracentrifuge - Ultracentrifuge

Ultracentrifuge

Den ultracentrifuge er en centrifuge optimeret til spinding af en rotor ved meget høje hastigheder, der kan generere acceleration så høj som 1 000 000 g (ca.. 9 800 km / s² ). Der er to slags ultracentrifuger, den præparative og den analytiske ultracentrifuge. Begge klasser af instrumenter finder vigtige anvendelser inden for molekylærbiologi , biokemi og polymervidenskab .

Historie

I 1924 byggede Theodor Svedberg en centrifuge, der var i stand til at generere 7.000 g (ved 12.000 omdr./min.), Og kaldte den ultracentrifugen, for at sidestille den med Ultramicroscope, der var blevet udviklet tidligere. I 1925-1926 konstruerede Svedberg en ny ultracentrifuge, der tillod felter op til 100.000 g (42.000 o / min). Moderne ultracentrifuger klassificeres typisk som tilladte over 100.000 g. Svedberg vandt Nobelprisen i kemi i 1926 for sin forskning i kolloider og proteiner ved hjælp af ultracentrifugen.

Vakuum -ultracentrifugen blev opfundet af Edward Greydon Pickels i fysikafdelingen ved University of Virginia . Det var hans bidrag fra vakuumet, der tillod en reduktion i friktion, der genereres ved høje hastigheder. Vakuumsystemer muliggjorde også opretholdelse af konstant temperatur på tværs af prøven, hvilket eliminerede konvektionsstrømme, der forstyrrede fortolkningen af ​​sedimenteringsresultater.

Sammenligning af serienumre 1 og 1000 af Spincos model E Analytical Ultracentrifuge, 1965

I 1946 grundlagde Pickels Spinco (Specialized Instruments Corp.) for at markedsføre analytiske og præparative ultracentrifuger baseret på hans design. Pickels mente, at hans design var for kompliceret til kommerciel brug og udviklede en lettere betjent, "idiotsikker" version. Men selv med det forbedrede design forblev salget af analytiske centrifuger lavt, og Spinco gik næsten konkurs. Virksomheden overlevede ved at koncentrere sig om salg af præparative ultracentrifugeringsmodeller, som var ved at blive populære som arbejdsheste i biomedicinske laboratorier. I 1949 introducerede Spinco Model L, den første præparative ultracentrifuge, der nåede en maksimal hastighed på 40.000 o / min . I 1954 købte Beckman Instruments (senere Beckman Coulter ) virksomheden og dannede grundlaget for dens Spinco centrifugeringsdivision.

Instrumentering

Ultracentrifuger fås med en lang række rotorer, der er velegnede til en lang række eksperimenter. De fleste rotorer er designet til at rumme rør, der indeholder prøverne. Svingende skovlrotorer tillader rørene at hænge på hængsler, så rørene vender om til vandret, når rotoren i første omgang accelererer. Faste vinkelrotorer er fremstillet af en enkelt blok af materiale og holder rørene i hulrum boret i en forudbestemt vinkel. Zonale rotorer er designet til at indeholde en stor mængde prøve i et enkelt centralt hulrum frem for i rør. Nogle zonalrotorer er i stand til dynamisk lastning og losning af prøver, mens rotoren drejer med høj hastighed.

Præparative rotorer anvendes i biologi til pelletering af fine partikelformede fraktioner, såsom cellulære organeller ( mitokondrier , mikrosomer , ribosomer ) og vira . De kan også bruges til gradientadskillelser , hvor rørene fyldes fra top til bund med en stigende koncentration af et tæt stof i opløsning. Saccharosegradienter bruges typisk til adskillelse af cellulære organeller. Gradienter af cæsiumsalte anvendes til adskillelse af nukleinsyrer. Efter at prøven har centrifugeret ved høj hastighed i tilstrækkelig tid til at producere separationen, får rotoren lov til at stoppe jævnt, og gradienten pumpes forsigtigt ud af hvert rør for at isolere de adskilte komponenter.

Farer

Rotorens enorme roterende kinetiske energi i en ultracentrifuge i drift gør den katastrofale svigt i en roterende rotor til en alvorlig bekymring, da den kan eksplodere spektakulært. Rotorer er konventionelt blevet fremstillet af metaller med høj styrke til vægt, såsom aluminium eller titanium. Belastningerne ved rutinemæssig brug og hårde kemiske løsninger får i sidste ende rotorer til at forringes. Korrekt brug af instrumentet og rotorer inden for anbefalede grænser og omhyggelig vedligeholdelse af rotorer for at forhindre korrosion og for at opdage forringelse er nødvendig for at afbøde denne risiko.

For nylig er nogle rotorer blevet fremstillet af letvægts kulfiberkompositmateriale, som er op til 60% lettere, hvilket resulterer i hurtigere accelerations-/decelerationshastigheder. Kulfiberkompositrotorer er også korrosionsbestandige, hvilket eliminerer en væsentlig årsag til rotorsvigt.

Se også

Referencer


eksterne links