تاریخچه سانتریفیوژ

مهندس ارتش انگليسي به نام Benjamin Robins ، دستگاه بازويي چرخشي براي شناسايي داروها ايجاد كرده بود . در سال 1879، Antonin Prandtl ، براي اولين بار سانتريفيوژهاي امروزي را براي جداسازي خامه از شير مورد استفاده قرار داد . در سال 1879، Gustaf de Laval ، نشان داد كه از سانتريفيوژ ميتوان براي كارهاي تجاري استفاده كرد . ابعاد مختلفي از سانتريفيوژ ها گسترش يافته است و طيف وسيعي از عملكردها را از ميلي ليتر تا ليتر را مي تواند مورد ارزيابي قرار دهد.

توجه به ميكرو سانتريفيوژ ها در سال 1962 ،توسط یک شركت آلماني كه امروزه با نام “eppendorf” شناخته مي شود، توسعه يافت و اين شركت سيستم ميكروليتري را براي اهداف آزمايشگاهي مورد استفاده قرار داد . تيوب هاي پلاستيكي ميكرو و ميكرو سانتريفيوژها )مدل3200) در آزمايشگاه ها براي تجزيه و تحليل در مقايس ميكروليتر مورد استفاده قرار مي گيرد . ميكرو سانتريفيوژ هاي اوليه داراي يك دستگيره براي كنترل زمان و فضا براي 12 ميكروتيوب داشتند كه در يك زاويه ثابت مي چرخيدند ولي فناوري هاي پيشرفته امروزي مانند خنك كننده ، برنامه ريزي ، تشخيص عدم تعادل خودكار ، كاهش سروصدا ، تغيير سيستم هاي روتور و … باعث پيشرفت هاي بسيار زيادي در اين زمينه شده است .
سيستم ميكروليتر ، نقطه شروعي براي طيف گسترده اي از ابزارهاي براي آزمايشگاه مولكولي بوده است كه توسط بسياري از شركت هاي زيست فناوري و تجهیزات آزمایشگاهی توسعه يافت.

سانتریفیوژ آزمایشگاهی چیست؟

سانتريفيوژ آزمايشگاهي ، يكي از ابزارات آزمايشگاه تشخيص طبي هست كه با استفاده از نيروي موتور خود ، نمونه مايع را با سرعت بسيار زيادي به چرخش در مي آورد. بسته به اندازه و ظرفيت نمونه سانتريفيوژهاي مختلفي وجود دارد.مانند تمام سانتريفيوژ ها، سانتريفيوژهاي پزشكي هم توسط اصل رسوبي مواد در سرعت بالا كار مي كنند كه در ان شتاب جاذبه اي مركزي ، باعث جدا شدن مواد به دو نوع ناحيه كم و پر تراكم مي شود.

عملكرد سانتریفیوژ

افزايش نيروي گرانشي به طور موثري باعث جمع شدن نمونه به طور سريع و كامل تري در ته تيوب مي شود و مايع باقي مانده در بالاي تيوب سوپرناتانت يا supernatant مي نامند .
بعد از اينكه حالت فوق رخ داد با استفاده از پيپت پاستور مايع رویي را مكش مي كنيم به طوري كه مكش ما هيچ گونه اختلالي در رسوب ايجاد نكند،به عبارت ديگر تنها مايع رویي را مي كشيم و با رسوب كاري نخواهيم داشت . سرعت سانتريفيوژها با توجه به مقدار انرژي گريز از مركز كه به نمونه وارد مي شود اندازه گيري مي شود و معمولا با واحد دور در دقيقه revolutions per minute (RPM) و يا relative centrifugal force (RCF) سنجيده مي شوند.

سرعت رسوب ذرات در سانتريفيوژ بستگي به اندازه و شكل ذرات ، شتاب سانتريفيوژ ، كسر حجم مواد جامد، اختلاف چگالي ذره با مايع و ويسكوزيته بستگي دارد .

انواع سانتریفیوژ

انواع مختلفي از سانتريفيوژ ها طراحي و ساخته شده هست :

سانتريفيوژ افتراقي : اغلب براي جدا كردن ارگان خاصي از مجموعه سلولها براي بررسي قسمت خاصي از سلولهاي بدن مورد استفاده قرار مي گيرد .

سانتريفيوژ ايزوپيكنيك : اغلب براي جدا كردن نوكلوئيك اسيد ها مانند DNA مورد استفاده قرار مي گيرد .

سانتريفيوژ گراديان ساكاروز : اغلب براي تخليص ويروس هاي انولوپ دار و يا ريبوزوم ها مورد استفاده قرار مي گيرد . همچنين براي جداسازي ارگان خاصي از عصاره سلولي خام از اين نوع سانتريفيوژ استفاده مي كنيم.

انواع مختلفي از سانتريفيوژ آزمايشگاهي وجود دارد :

ميكرو سانتريفيوژ : دستگاهي هست براي كار در حجم بين 0.2 تا 2.0 میلی لیتر(ميكروتيوب ها)، حداكثر 96لوله را مي توانند پشتيباني كنند ،همچنین طراحي جمع و جوري دارند.

سانتريفيوژ باليني يا كلينيكي : دستگاهي هست براي كاربردهاي باليني مانند لوله هاي انتقال خون و داراي سرعت كمتري هستند .

سانتريفيوژ چند منظوره روميزي : دستگاهي يراي كار با تيوب هاي بزرگ و داراي تنوع بسيار زيادي هستند.

سانتريفيوژ STAND ALONE : دستگاه هاي سنگين مانند اولترا سانتريفيوژ

بسياري از سانتريفيوژ ها داراي سيستم خنك كننده و يا بدون سيستم خنك كننده هستند . شركت هاي مختلفي با برند هاي مختلف انواع سانتريفيوژها را روانه بازار مي كنند كه از مهمترين انها مي توان به Eppendorf, Thermo-Heraeus, Thermo-Sorvall, Hettich, Beckmann-Coulter ياSigma اشاره كرد.

در تصاوير دو نوع سانتريفيوژ كوچك و بزرگ را مشاهده مي كنيد.

تصوير راست، يك نوع سانتريفيوژ كوچكي هست كه امروزه در بسياري از مراكز مورد استفاده قرار مي گيرد و به طور رايج در هر آزمايشگاهي وجود دارد.
شكل چپ سانتريفيوژ بزرگي است كه در مراكز آزمايشگاهي بزرگ و در مراكزي كه داراي نمونه هاي بسياري زيادي هستند استفاده مي شود.

طراحی

سانتريفيوژ آزمايشگاهي در شيمي ، زيست شناسي و بيوشيمي براي جداسازي مواد جامد از مايع در يك سوسپانسيون مورد استفاده قرار ميگيرد . مواد جامد مي تواند تركيبات غير محلول ، بيومولكول ها ، ارگان هاي سلولي و يا سلول كامل باشد . سانتريفيوژ ها از نظر سرعت و ظرفيت بسيار متنوع هستند . سانتريفيوژ ها معمولا داراي روتوري هستند كه در آن 2،4،6 و يا حفره هاي بسيار زياد هستند كه در آنها لوله هاي آزمايش قرار مي گيرد . زماني كه يك سوسپانسيون در يك دستگاه سانتريفيوژ قرار مي گيرد ، مواد جامد در ته لوله آزمايش ته نشين مي شوند و باعث ايجاد يك ديواره مخلوطي مي شود . اين ديواره باعث مي شود تا مايع رویي يا همان سوپرناتانت به آساني از سوسپانسيون جدا شود .
به طور كلي دو نوع روتور وجود دارد:

روتور با زاويه ثابت : اين روتورها محكم و جمع و جور هستند و معمولا از آلومينيوم ساخته مي شوند . در آنها حفره هايي با زاويه ثابت )براي نمونه با زاويه 45 درجه( تعبيه شده هست كه محل قرار گيري تيوب هاي نمونه است .

روتور چرخشي يا روتور افقي : روتور شبيه صليب است و به آن سطل هم گفته مي شود . در اين سطل تيوب هاي مختلفي مي تواند سانتريفيوژ شود.

روتور توسط درب روتور بسته مي شود . روتور در داخل محفظه ای قرار دارد كه توسط درب فلزي سانتريفيوژ پشتيباني مي شود . درب باز مانع از چرخش موتور روتور مي شود . در زمان سانتريفيوژ درب قفل مي شود. درب بسته باعث حفاظت فرد در برابر برخورد با روتور مي شود كه با سرعت بسيار بالا در حال حركت هست. محفظه روتور و درب روتور طوري طراحي شده اند كه در صورت شكستن لوله ها حتي در حداكثر سرعت ، هيچ خطري فرد آزمايش كننده را تهديد نمي كند . قبل از سانتريفيوژ ، بايد لوله هاي موجود در روتور با استفاده از بلانك و يا ساير نمونه ها بالانس شود . با توجه به اهميت اين موضوع امروزه سانتریفيوژ ها به حسگر تشخيص عدم تعادل خودكار مجهز شده اند .

میكروتیوب هاي سانتریفیوژ

ظروف پلاستكي استوانه شكل كه داراي ته مخروطي و درپوش هستند و به طور معمولي در آزمايشگاه مورد استفاده قرار مي گيرند. اين تيوب ها داراي اندازه كوچكي هستند و به آنها Microcentrifuge tubes و يا Microfuge tubes مي گويند . اين لوله ها در آزمايشگاه بيوشيمي و بيولوژي مولكولي به منظور سانتريفيوژ و يا ذخيره مقدار كمي از مايع مورد استفاده قرار مي گيرند . اين تيوب ها ارزان و يك بار مصرف هستند . بسياري از شيميدان ها و بيولوژيست ها از اين ويال ها به جاي ويال هاي شيشيه اي استفاده مي كنند . اين روش وقتي كه مقدار كمتري از يك ماده در تيوب هست و يا زماني كه مقدار كمتري از يك مايع را اضافه مي كنيم ، مفيد واقع خواهد شد چون ميكرو سانتريفيوژ ها بعد از پيپت كردن و يا مخلوط كردن مي توانند قطرات را در ته لوله جمع آوري كنند.
ساختار پلي پروپيليني انها باعث مي شود كه آنها را در دماي هاي بسيار پايين ( منفی 80 سانتي گراد ( و يا با حلال هاي آلي مانند كلروفروم استفاده كرد . تيوب ها در اندازه هاي مختلفي عرضه مي شوند ولي به طور عمومي در رنج μL250 تا mL 2.0 هستند. بيشترين اندازه مورد استفاده mL 2.5 است . مي توان آنها را ضد عفوني كرد )فشار يك اتمسفر – 121 درجه سانتي گراد – به مدت 20 دقيقه ( و در كارهايي كه در آنها اولويت با خلوص نمونه است مانند كارهاي مربوط به DNA و ميكروب ها به طور وسيع مورد استفاده قرار مي گيرند . با توجه به ارزش پايين و مشكل بودن تميز كردن پلاستيك ، بعد از كار كردن با اين تيوب ها آنها را دور مي ريزيم .

ایمنی

بعد از بارگيري سانتريفيوژ بايد از تعادل روتور مطمئن شويم . كمترين ميزان در حجم دو طرف ، در سرعت هاي بالا مي تواند نيروي غير تعادلي بسيار زيادي را ايجاد كند . اين نيروي عدم توازن در سرعت هاي بالاي روتور باعث صدمه به دستگاه و يا صدمه جاني شديدي خواهد شد . بازهم يادآوري مي كنيم كه برخي از دستگاه ها داراي كنترل توازن هستند كه برنامه كنترل كننده در صورت عدم تعادل در روتور ، باعث توقف سانتريفيوژ مي شود.
قبل از استفاده از دستگاه ، روتور و حفره ها را بررسي كنيد . در حين حركت روتور دستگاه به هيچ وجه نبايد لمس شود چون چرخش روتور مي تواند باعث آسيب هاي جدي اي شود .
زماني كه نمونه خطرناكي )بيوهزارد( را مي خواهيد سانتريفيوژ كنيد براي جلوگيري از خروج ذرات ائورسل (ذرات معلق) و ايجاد مشكلات بعدي بر روي درب دستگاه واشر مخصوص قرار دهيد . بعد از سانتريفيوژ با روشن كردن هود ذرات ائورسل هم اگر ايجاد شده باشد حذف خواهد شد.