詳解離心機的基本原理、類型及操作應用

離心機是一種全球幾乎所有研究實驗室都在使用的儀器。

離心是一個基本的實驗室操作過程，它使用離心機來分離複雜混合物中的組分。

在極高速度下離心實驗樣品，混合物中的組分會受到離心力的影響，使得較高密度的顆粒離開軸心方向移動，而密度小的顆粒則朝向軸心方向移動。

這些顆粒會沉積在管底，形成所謂的沉澱物，這樣分離得到的樣品，或被稱為上清的余液，都可用作進一步處理或者分析。

離心機的組成和離心的參數

離心機的主要元件是轉頭，它是高速離心時轉動的部件。

轉頭可以被固定在離心機上，也可以是一個離心機使用多個轉頭，將它們裝在稱為主軸的部件上。

離心機轉頭通常還帶有一個蓋子，能緊緊擰上蓋住，防止樣品飛出來。

許多離心機會有一個製冷單元，它可以保持內部溫度在離心時得到控制。

離心機上還有旋鈕或按鈕用以輸入每次離心所需要的參數：

包括離心時間、溫度、和離心快慢，它可以是以速度或以相對離心力為單位。

離心速度用RPM來計量，即每分鐘的旋轉次數。RPM值有時有誤導性，因為造成顆粒從混合物中分離出來的不是離心的速度，而是作用在這些顆粒上的作用力。

這種作用力與離心機轉頭的半徑相關，由於不同的離心機有不同的轉頭大小，這樣在同一個RPM速度下，產生的作用力會有不同。

離心力也可以用RCF相對離心力來定量。RCF通常表現為地球重力加速度的倍數。

RCF的計算公式是轉頭半徑乘以角速度平方，然後除以地球的重力加速度。

RCF通過下面的公式和RPM相關，其中r代表離心機的半徑，以厘米為單位。

對該公式的使用可能會影響到實驗的成功或失敗，但您不必在每個新的操作中都採用這種計算方法。離心機通常都附帶了圖表來幫助簡單地換算RCF和RPM。用一個尺子連接離心機的半徑和一個已知的RPM數值，就可以得到RCF數值。

離心操作

在開始離心您的樣品之前，先要考慮溫度。如果您在使用一個冷凍離心機，那麼在開始前需要讓儀器內部的溫度達到您的理想值，或者用別的方法來給轉頭降溫。

離心即將開始前，需確定您所有的管蓋都蓋緊不會鬆開了。

在將離心管放入轉頭時，要保證每個樣品和另一個相對位置的樣品重量一致。

如果您只有一個離心管，那就要找到另一個等重的離心管來保證平衡。

如果您有三個同樣重量的離心管，可以將它們擺成一個三角位置以保證相互平衡。

重量平衡在離心中非常重要。離心機的轉頭在高速運動中有很高的動態能量。如果沒有正確平衡好，整個離心單位會脫離它所在的位置，造成嚴重的損害。

一旦您確定轉頭和蓋子都固定好了，就可開始離心，在速度達到您設定的最高轉速前不要離開。如果您發現問題，找一個有經驗的實驗人員來幫助您。

離心結束後，您應當會看見您的生物學樣品位於離心管底部的沉澱中。它已經從稱為上清的余液中分離出來了。

可以通過傾倒，也就是直接倒出來去除上清，也可將上清吸出，就是用真空吸力將其吸出。

純化的樣品可以被重新放回溶液中，這個過程稱之為重懸。重複離心細胞，然後吸出上清留下細胞，再用緩衝液重懸細胞，這個過程稱之為細胞洗滌。

離心機的類型及應用

固定角轉頭離心機可能是您在實驗室里最常見到的。許多台式離心機就是這種類型。

在這種離心機中，離心管呈固定的角度放置，它適用於差異離心方法。在這些方法中，可應用一系列不同速度的離心來純化多種生物樣品，例如動物細胞。通常這些方法會包括幾個細胞洗滌步驟。

與固定角轉頭不同，甩平式轉頭有靈活的離心管支架，使得樣品在旋轉時向外甩起。這種轉頭對某些應用很有幫助，如密度梯度離心，可將生物樣品在密度梯度介 質中分離到不同的密度層。這種離心有助於快速分離不同的細胞類型，或者分離某種單獨的細胞器。

最後，超速離心機是實驗室中所有離心機的老大哥。它的離心速度可以超過70,000RPM。這樣它可以用來分離小顆粒，例如DNA或者病毒。

因為這種離心機的高速度，要格外小心來保證它的樣品承載得到了正確的平衡，並要確保轉頭和轉頭蓋都是牢固的。