Santrifüj, biyokimya, moleküler biyoloji, tıp, gıda bilimleri ve endüstri alanlarında malzemelerin ayrılması için en yaygın kullanılan laboratuvar tekniklerinden biridir. Her şey yerçekimi ve kütle ile ilgilidir: Heterojen bir çözelti içindeki parçacıklar, yeterli zaman verildiğinde, boyutlarına ve yoğunluklarına göre ayrılacaktır. Daha küçük, daha az yoğun parçacıklar da aşağı doğru hareket edebilir, ancak her zaman değil; bazı parçacıklar asla çökmeyecek, ancak çözelti içinde asılı kalacaktır. Santrifüjler bu süreci çok daha hızlı ve verimli bir şekilde sürdürmeye zorlar. Kullanımlarının bilimlerde o kadar güçlü ve yaygın olduğu kanıtlanmıştır ki, santrifüjler 19. yüzyılın sonlarından beri ortak bir laboratuvar ekipmanı olmuştur.
Santrifüj modelleri
Santrifüj, heterojen bir çözeltinin süpernatant ve pelete ayrılmasını sağlamak için merkezcil kuvvetin uygulanmasını kullanır. Modern santrifüj, çökelme oranını artırmak için çözeltileri yüksek hızda döndürerek yerçekimi kuvvetini artırır. Bu işlem sırasında, yüksek parçacık yoğunluğuna sahip malzemeler santrifüj eksenine doğru (tüpün aşağısında) çökelirken, daha düşük parçacık yoğunluğuna sahip malzemeler santrifüj ekseninden uzaklaşacaktır. Örneğin, süspansiyon halindeki bakteri hücreleri yüksek bir partikül yoğunluğuna sahiptir ve dibe çökme eğilimindedir.
Normal yerçekimi (1 g) altında normalde saatler veya günler sürecek bir işlem, nispeten ucuz ve kullanımı kolay bir ekipman parçasıyla 10.000 g’lık bir kuvvet uygulandığında yalnızca dakikalara kısaltılabilir. Dakikadaki devir sayısını (RPM) duymak yaygındır; ne kadar çok dönerse, hız o kadar hızlı ve uygulanan enerji o kadar büyük olur. Bağıl merkezkaç kuvveti (RCF), yerçekimi kuvvetini (g-kuvveti) veya rotorun dönüşünü ifade etmenin başka bir yoludur. Bu nedenle, bu basit cihazın araştırmacıların daha fazla araştırma için dokuları, hücreleri, organelleri ve makromolekülleri kolayca ayırmalarına nasıl izin verebileceğini görmek açıktır.
Santrifüj Rotor Tipleri: Dönen Kova ve Sabit Açı
Santrifüj, ayrılmanın gerçekleştiği tüpleri barındırmak için kullanılan bir rotordan oluşur. İki ana tip santrifüj rotoru vardır: sabit açılı veya sallanan kova. Sabit açılı rotorlar, tüpleri dönme eksenine göre sabit bir açıda (tipik olarak 45 °) tutar. Merkezcil kuvvet uygulandığında sallanan kepçeli bir rotor açılır ve hücreleri dönme açısına göre yaklaşık 90 ° açıda tutar. Daha yoğun malzemelerin merkezcil kuvvetin açısına doğru ayrılacağını hatırlayın. Bu nedenle, sallanan kepçeli rotorlarda, pelet haline getirilmiş malzeme konik santrifüj tüpünün dibinde oluşurken, sabit açılı bir rotorda işlenen tüpler yan tarafta çökelme oluşturacaktır. Katılar borunun açısına takılırsa bu sorunlu olabilir.
Her şey eşit olduğunda, sallanan kepçeli rotorların üstün bir sedimantasyon konumu sunması, onları numunelerin santrifüjlenmesi için bariz bir seçim haline getirir; bununla birlikte, sabit açılı rotorlar, onları genellikle daha cazip bir seçenek haline getiren değerli özellikler sunar. Onlar neler? Birincisi, basit ve verimli boru aralıkları sayesinde, sabit açılı rotorlar, sallanan kepçeli muadiline kıyasla daha fazla sayıda boruyu tutabilir ve bu da onu yüksek verimli uygulamalar için daha pratik hale getirir. Daha sonra, metal alaşımlı malzemenin katı tasarımının bir sonucu olarak, sabit rotorlar, RNA, DNA ve protein gibi biyolojik makromolekülleri ayırırken gerekli olan çok daha yüksek yerçekimi kuvvetlerine dayanabilir.
Uygulamanız ve rotor tasarımınız ne olursa olsun, santrifüjleme, solüsyonlardaki mikro ve makro moleküllerin ayrılması için güçlü bir araçtır. Adli araştırmalarda (kan ve idrarı ayırmak ve incelemek gibi), farmasötik geliştirmede (makromolekülleri karakterize etmek), gıda saflığında (sütten yağ çıkarmak gibi) ve atık su yönetiminde (“ayırarak” çamur ”ve sudan ağır metaller).