سانتریفیوژ چیست
سانتریفیوژ دستگاهی است که در آن چرخش نمونههای مایع در سرعتهای بالا و در نتیجه ایجاد یک نیروی گریز از مرکز قوی باعث میشود که مواد متراکمتر و چگالتر، خیلی سریعتر از نیروی حاصل از جاذبه نرمال به سمت انتهای لوله سانتریفیوژ حرکت کنند.سکوبندی آزمایشگاهی سانتریفیوژ ها برای جدا کردن ذرات از محیط مایع به وسیله رسوب دادن آنها به کار میروند.
سانتریفیوژ کردن یک فرآیند است که شامل استفاده از نیروی گریز از مرکز برای رسوب مخلوط ناهمگن با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ آزمایشگاهی میباشد و در کارهای صنعتی و آزمایشگاهی استفاده میشود. این فرآیند برای جدا کردن دو ماده مخلوط نشدنی استفاده میشود. سانتریفیوژ کردن بر اساس نیروی گریز از مرکز، دوران حول یک نقطه ثابت و وارد نمودن فشار بر روی فازهای مختلف یک مخلوط انجام میگردد. مخلوط میتواند به صورت گاز، مایع و یا ترکیب هر دو باشد.
اگر این دستگاه مجهز به شاخکهای نگهدارنده لوله باشد، آن را سانتریفیوژ معمولی و اگر مجهز به دیسک یا صفحه دایرهای شکل مخصوص جاگذاری لولههای موئین باشد آن را سانتریفیوژ میکرو یا هماتوکریت میگویند.
کاربرد سانتریفیوژ آزمایشگاهی
از سانتریفیوژ آزمایشگاهی برای جداسازی سیالات، گاز یا مایعات بر اساس چگالی به کار میرود. فرآیند جداسازی با چرخش ظروف حاوی نمونه با سرعت بالا رخ میدهد. نیروی سانتریفیوژی، مواد سنگینتر را در انتهای ظرف حاوی نمونه قرار میدهد. بعنوان مثال برای جداسازی ذرات تشکیل دهنده خون (مثل پلاسما، گلبول سفید و گلبول قرمز خون)، از سانتریفیوژ کردن استفاده میشود.
اساس کار دستگاه سانتریفیوژ
در یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی، مخلوطی ناهمگن از جامد و مایع بوسیله چرخش جدا میشوند. پس از یک فرآیند سانتریفیوژی موفق، رسوبات جامد در ته لوله آزمایش تهنشین شده و نمونه سانتریفیوژی شفاف خواهد بود. اساس فیزیکی جداسازی اعمال نیروی گریز از مرکز (centrifugal force) بر روی ذرات در حال دوران است که با شعاع میدان دوران و سرعت دوران نسبت مستقیم دارد. ذرات سنگینتر زودتر رسوب میکنند و بقیه ذرات بر حسب وزن مخصوص خود رسوب میکنند. سانتریفیوژی که دارای شعاع کمتر است، باید نسبت به سانتریفیوژی که شعاع بیشتری دارد، با سرعت بیشتری بچرخد تا همان نیروی سانتریفیوژ نسبی (RCF) را ایجاد کند. هر چه شعاع چرخش یک سانتریفیوژ بیشتر باشد، سرعت تهنشین شدن ذرات بیشتر است.
بعبارت دیگر، یک سانتریفیوژ مجموعهای از تجهیزات است که یک شی را با استفاده از نیروی بالقوه قوی عمود بر محور چرخش (گریز از مرکز) به دور محور ثابت (حول یک دایره) به چرخش در میآورند. سانتریفیوژ آزمایشگاهی با استفاده از اصل رسوبگذاری کار میکند که در آن شتاب گریز از مرکز باعث میشود تا مواد متراکمتر و ذرات به سمت بیرون و در جهت شعاعی حرکت کنند. در همان لحظه، ذراتی که دارای چگالی کمتر هستند، تغییر مکان داده و به سمت مرکز حرکت میکنند. در این دستگاههای آزمایشگاهی که از لولههای نمونه استفاده میشود، شتاب شعاعی باعث میشود که ذرات چگالتر در ته لوله تهنشین شوند، در حالیکه مواد با چگالی کم به سمت بالا میآیند.
اساس سانتریفیوژ حرکت دورانی حول یک محور ثابت است. افزایش قدرت نیروی سانتریفیوژ بستگی به شعاع دوران و سرعت دوران دارد. این نیرو، نیروی نسبی سانتریفیوژ (Relative Centrifugal Force) یا RCF نامیده میشود که بر اساس ضریبی از g بیان میگردد.
نحوه محاسبه RCF
r = (شعاع از مرکز شافت موتور تا وسط لوله) شعاع سانتریفیوژ بر حسب cm
RPM = دور در دقیقه rate per minute
واحد RCF برحسب xg بیان میشود.
راه دیگر برای تعیین RCF استفاده از نموگرام میباشد.
تاریخچه دستگاه سانتریفیوژ
اوایل قرن بیستم پوسترهای تبلیغاتی برای جداسازی مواد لبنی از شیر دیده میشد. مهندس نظامی انگلیسی بنیامین رابینر (1707 – 1751) یک دستگاه بازوی چرخان برای تعیین کشش اختراع کرد. در سال 1864، آنتونین پرانتل ایده یک سانتریفیوژ لبنی برای جداسازی خامه از شیر را مطرح کرد. این ایده بعداً توسط برادرش، الکساندر پرانتل، در جهت بهبود طراحی قبلی توسعه داده شد و یک نمونه دستگاه استخراج چربی کره در سال 1875 به نمایش گذاشته شد.
هدف سانتریفیوژ
سانتریفیوژهای با سرعت خیلی بالا و التراسانتریفیوژها توانایی تولید شتاب خیلی زیاد بوده که میتوانند ذرات ریز تا مقیاس نانو و مولکولهای با جرمهای متفاوت را جدا کنند.
سانتریفیوژهای بزرگ برای شبیهسازی شتاب گرانش بالا یا شتابهای محیطی (بعنوان مثال تمرین High-G برای آموزش خلبانان) استفاده میشوند. سانتریفیوژهای با سایز متوسط در ماشینهای لباسشویی و در بعضی استخرهای شستشو برای گرفتن آب پارچه استفاده میشود.
سانتریفیوژ های گازی برای جداسازی ایزوتوپها استفاده میشود؛ مانند غنی سازی سوخت هسته ای برای ایزوتوپ شکاف پذیر.
انواع سانتریفیوژ
سانتریفیوژ با دور بالا
در سانتریفیوژهای آزمایشگاهی با دور بالا، سرعت دور تند بین 21000 – 24000 rpm دور در دقیقه تا حداکثر 30000 rpm میباشد. از این سانتریفیوژها بیشتر جهت تهیه فرآوردههای خونی استفاده گشته و همگی یخچالدار هستند. دو نوع سانتریفیوژ با دور بالا وجود دارد:
- سانتریفیوژ کم ظرفیت
- سانتریفیوژ پر ظرفیت
سانتریفیوژهای کم ظرفیت مدل Discrete Sampling میتوانند میکرو ارگانیسم ها، سلولها، ویروسها و اورگانلهای سلولی را جدا نمایند. سانتریفیوژهای پرظرفیت مدل Continuos Flow برای جداسازی مخمرها، باکتریها و ویروسها از محیط کشت، پروتئینها و باکتریوفاژها از نمونههای رقیقشده کاربرد دارند.
سانتریفیوژ با دور پایین
در سانتریفیوژهای آزمایشگاهی با دور پایین، دور دوران بین 2000 – 6000 rpm تا حداکثر 8000 rpm بوده و در هر دو نوع یخچالدار و بدون یخچال موجود میباشند. بیشتر جهت سانتریفیوژ کردن سلولهای خونی یا ذرات حجیم استفاده شده و برای جداسازی ذرات ریز سرعت آنها کافی نیست.
اولتراسانتریفیوژ
در اولتراسانتریفیوژها معادل 75,000 – 100,000 rpm تا حداکثر 120,000 rpm میباشد. اولتراسانتریفیوژ ها برای تفکیک مواد تشکیلدهنده سلولی کاربرد داشته و همگی دارای یخچال میباشند؛ زیرا در دورهای بالا، اصطکاک هوا باعث گرمشدن دستگاه شده و در نتیجه، منجر به تخریب پروتئینها خواهد شد. اولترا سانتریفیوژ ها بطور معمول در مراکز تحقیقاتی استفاده میشوند.
سانتریفیوژهای شناور (Horizontal / Swing bucket / Swing out head)
در این نوع سانتریفیوژها، جایگاه قرار گرفتن نمونهها طبق نیروی ثقل عمود بر زمین بوده، اما با شروع حرکت، ابتدا از حالت عمودی خارج شده و زاویه پیدا میکند. سپس کاملاً شناور گشته و طبق نیروی گریز از مرکز به سمت خارج و به حالت افقی با سطح زمین در میآیند؛ لذا به آن نوع شناور یا swing گفته میشود. بطور خلاصه در این نوع سانتریفیوژ آزمایشگاهی، در حالت توقف وضعیت عمودی، و در حالت دوران، نمونهها وضعیت افقی با سطح زمین دارند.
در این نوع سانتریفیوژ ذرات معلق بر اثر نیروی گریز از مرکز به بخش خارجی یعنی انتهای لولهها رانده شده و رسوب بصورت یک لایه تقریباً یکنواخت در ته لوله تشکیل میگردد. در پایان عمل لولههای حاوی نمونه مجدداً به حالت عمودی در آمده، رسوب در ته لوله و محلول شفاف در بالای آن قرار میگیرد. میتوان با پیپت پاستور یا سمپلر، مایع فوقانی را از رسوب جدا کرد. در صورتیکه دور سانتریفیوژ آزمایشگاهی بالا باشد و یا زمان دوران افزایش یابد، میتوان حتی رسوب را از محلول فوقانی جدا کرد.
سانتریفیوژ زاویه ثابت (Fixed angle / Angle head)
لوله حاوی نمونه نسبت به محور دوران یک زاویه ثابت دارد. این زاویه از 25 تا 45 درجه میتواند متغیر باشد. در این نوع سانتریفیوژ آزمایشگاهی نیز ذرات معلق بر اثر نیروی گریز از مرکز به سمت خارج از محور دوران رانده میشوند؛ اما بر خلاف سانتریفیوژهای شناور، رسوب در جدار و بخشی از کف لوله که در قسمت خارجی محور دوران قرار دارد، رانده میشود. البته هر قدر این زاویه نسبت به محور دوران کمتر باشد، رسوب بیشتر در جداره تشکیل میگردد و اگر زاویه بیشتر باشد، رسوب بیشتر در کف تشکیل میگردد. از آنجایی که شکل آیرودینامیک چرخاننده اجازه دوران در دور بالاتر و رسوب ذرات ریزتر را میدهد، لذا میزان رسوبدهی این نوع سانتریفیوژها از نوع شناور بالاتر است.
سانتریفیوژ محوری (Axial)
در واقع، لوله حاوی نمونه در طول محور عمودی خود دوران میکند (بر خلاف سانتریفیوژهای معمولی که در طول محور افقی دوران میکنند!) این دستگاهها به طور تجاری برای مقاصد بالینی در دسترس میباشند. معمولاً خون بیمار در لولههای سپتومدار وکیوم شده، نمونهگیری گشته، سپس در جایگاه مخصوص خود بنام Axial Separation Module قرار داده شده و بطور خودکار در طول محور عمودی خود شروع به دوران میکند. ممکن است یک سوزن از طریق درب پلاستیکی (سپتوم) داخل لوله شده و از قسمت مرکزی، نمونه شفافشده را برداشت کند. در این روش ذرات معلق که میتوانند سلولهای خونی باشند، به قسمت محیطی لولهها رانده میشوند. در انواع تجاری این دستگاهها کل فرآیند جداساز در طی 70 ثانیه کامل میگردد که زمان مناسبی میباشد.
سانتریفیوژ سایتولوژی
از این نوع سانتریفیوژ برای قرار دادن سلولهای موجود در یک مایع روی اسلاید میکروسکوپ استفاده میشود. در موقع استفاده کاربر ظرف مخصوص نمونه، صفحه فیلتر و یک اسلاید را کنار هم قرار میدهد. سپس همگی را در داخل روتور گذاشته مایع مورد نظر را در ظرف مخصوص نمونه قرار داده و دستگاه را روشن میکند. بعد از فعالشدن دستگاه، مایع با فشار در تماس با مجموعه فیلتر / اسلاید قرار میگیرد.
معمولاً سانتریفیوژها با دور 200 – 4000 rpm کار کرده و زمان سانتریفیوژ 99-1 دقیقه متغیر است.
https://hakimazma.com/%d8%af%d8%b3%d8%aa%da%af%d8%a7%d9%87/%d8%a2%d9%88%d9%86/
سانتریفیوژ میکروهماتوکریت
سانتریفیوژ میکروهماتوکریت با استفاده از نیروی گریز از مرکز، هماتوکریت خون (نسبت حجم یاختههای سرخ به کل حجم خون) را مشخص میکند. این نوع سانتریفیوژ آزمایشگاهی دارای روتوری میباشد که لولههای موئین حاوی نمونه به صورت افقی روی آن قرار میگیرند. بعد از انجام سانتریفیوژ با استفاده از یک صفحه درجهبندی شده، مقدار هماتوکریت بدست میآید.
ترفندهای جستجوی حرفه ای در گوگل