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离心机转子的分类及应用

    离心转子是离心机的核心部件,离心机中所有系统的配置都是为了确保转子在一定条件下安全运转。转子不仅直接影响分离效果,也是离心机的主要受力部件,对离心机的安全极为重要。长期以来,转子是离心机和离心技术研究工作者研究的重点。离心机和生物显微镜的配合使用将大大提高科研工作者的工作效率,转子规格、品种的多少是衡量离心机生产技术掌握程度的重要标志。
    简单的说,可以将离心机分为主机和可拆卸的转子(转头)两部分,一个多功能主机通常可以配多个转子,靠不同型号的转子来满足不同的需要来实现其与生物显微镜的“多功能”协作,这样可以有效的降低采购成本,但是选购的时候需要注意选择转子拆装方便的离心机。
    最常用的转子包括固定角转子和水平转子。转子越齐当然功能越全,所以选择转子通常根据常用样品的容量及离心的条件选择,通常水平转头和角转头各一个,大容量(相对较低速)的转子和小容量高转速的转子各一个,再根据工作中的不同需要选择其他转子。
    转子一般可分为下列几大类:
固定角转子(EIXED-ANGLE-ROTOR)
    主要用于分离沉降速度有明显差异的颗粒样品。颗粒在扇形溶地移动的距离很短,碰到外壁的颗粒沿着管壁滑到管底,形成沉淀,因此这种转子能很快地收集沉淀物。分离过程中,由于管壁的作用,在离心管内将会引起强烈的对流,对具有相同沉降速率的颗粒会产生不良影响。
甩平转子(SWINGING-BUCKET-ROTOR)
    主要用于样品作密度梯度离心。颗粒移动距离长,溶液中的组分相对于管壁的位置在离心过程中和离心后不发生改变,因此离心效果好,但因颗粒在离心场中是从旋转中沿径向散离出去,而不是按相互平行的路线沉降。颗粒碰到外壁沿着管壁滑到管底,因此也会产生对流。(但比固定角转子小)低速时启动或停机时会产生振动,影响分离效果,甩平转子有敞开式和封闭式两种,一般制备容量大,转速小于10000RPM,离心力场在16000×g以内的,作成敞开式,主要用于样品的初分离。制备容量较前者小,转速大于10000RPM,离心力场在16000×g以上的,为了减少风力的影响,一般作成封闭式,主要用于线粒体、叶绿体、细胞核等的分离和密度梯度离心。
连续离心转子(CONTINUOUS-FLOW-ROTOR)
    主要用于悬浮介质中高速分离较小的颗粒物质,如在培养基中分离细胞,在运转过程中,悬浮样品以一定速度从转子体中心流入离心池,由于溶液中的组分轻重不同,在离心力场作用下,重粒子具有较大的惯性离心力、沉降快,当流速增大(降低)到一定值时,重粒子将留在离心池外缘底部,而介质将从出口流出并带走较轻的粒子,收集组分的方法是把组分冲洗出离心池或者留在转子体内,这种转子是利用离心淘析技术对整细胞或大的亚细胞粒子进行分离,在无菌和低温条件下,被分离的组分,能保持活性,回收率高等优点。如果液流方向与离心力方向相反,即降低了粒子运行速度,相当于增长了运行距离,从而提高了分辨能力。
区带转子(ZONAL-ROTOR)
    主要用于大容量的密度梯度离心,当实验所需制备的样品量多,而甩平转子因受到量的限制时,采用区带离心是较好的。主要由带有四块叶片的转子体和密封系统组成,转子体和四块叶片将离心池分为四个扇形小室,阻止溶液在离心池中旋转,叶片上有径向导管,溶液通过导管从中心流向转子体外壁,装样和取样时应小心,装样一般在2500~3000RPM运转中进行,首先将梯度液中较轻的部分通过密封管道泵入转子内,由于惯性力的存在,梯度液在转子外壁的垂直方向形成均匀的一层,再依次将密度较高的梯度液泵入,随着密度的增高和梯度液的不断泵入,密度较低的梯度液被推向中心,直到转子完全装满,然后通过密封组件中心输液管把待分离的样品(其密度与梯度液中最轻的密度部分还低)加入,接着把密度更低的溶液注入,用以取代中心附近的样品,装完后,移去密封组件,盖上转子盖,在一定转速离心一定时间后,转速降至2500~3000RPM,装上密封组件及输液管,通过泵入较密的液体到转子的液体由轻至重依次挤出。区带转子避免了用离心管所引起的壁效应(Walleffects)和干扰,提高了分辨率。
垂直转子(VERTICAL-TUBE-ROTOR)
    主要用于样品在短时间作密度梯度离心。甩平转子分离粒子位移距离长,分辨能力高,分离后组分的区带较宽,便于回收,但所需时间长,垂直转子分离的粒子位移距离等于离心管直径。转子转动前,管内密度梯度溶液的密度是沿重力方向变化,转动后,溶液的密度逐渐改变为离心力方向(水平方向)变化,离心结束后,溶液的密度变化方向因重力作用又沿铅垂方向变化,形成铅垂方向的密度梯度,由于离心管是垂直放置,所以溶液粒子位移的距离等于离心管的直径。离心时间短,离心后样品组分的区带较宽,但因离心时间短,粒子得不到充分分离,将会失去一些组分,又因区带与梯度介质的接触面大,易于扩散,停机后密度重新定向,易于混合,所以作区带离心的效果,垂直转子不于甩平转子。
    离心机转子的转速跟转子的材料和强度有关,一般采用强度好、重量轻的超硬铝合金(LC4),超速离心机采用钛合金(TiC4)。一般来说,对同一离心机重量轻、容量小的转子转速要高,反之转速要低。
    选择适合工作需要的离心机和生物显微镜是科研人员必经的步骤,在此告诫广大用户,切勿盲目选择,追求高端设备,功能满足实际需要即可,这样不仅节省了费用,而且工作效率会大大提高。

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