این مقاله آموزشی بدین منظور نوشته شده است تا به شما بگوییم سانتریفیوژ چیست، انواع سانتریفیوژ آزمایشگاهی کدام است و بطور کلی همه اطلاعاتی که از سانتریفیوژ نیاز دارید را به شما بدهیم. اگر قصد خرید این دستگاه آزمایشگاهی را دارید یا به هر دلیلی نیاز به کسب اطلاعات درباره آن دارید، این مقاله میتواند برای شما مفید باشد.
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. 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.
تصویر سانتریفیوژ آزمایشگاهی هماتوکریت 13000 دور
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.
از محصولات سانترفیوژ در شرکت تجهیزات آزمایشگاهی آذین:
سانتریفیوژ دیجیتال یخچالدار مدل Union55R کمپانی Hanil
سانتریفیوژ آزمایشگاهی یخچالدار مدل TGL20MB
سانتریفیوژ 4 شاخه 100ml مدل HC-16A کمپانی Zenithlab
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.
- سانتریفیوژ 4 شاخه دیجیتال 5000 دور 50ml مدل TDL-6C کمپانی ZENITHLAB
- سانتریفیوژ 8 شاخه 6000 دور 15ml مدل EBA200 کمپانی Hettich
- سانتریفیوژ 12 شاخه دیجیتال 4000 دور 20ml مدل LC-04A کمپانی ZENITHLAB
- سانتریفیوژ 12 شاخه 4000 دور مدل LC-04C کمپانی ZENITHLAB
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.
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.
- سانتریفیوژ 24 شاخه دیجیتال هماتوکریت مدل HC-12C کمپانی ZENITHLAB
- سانتریفیوژ هماتوکریت 13000 دور کمپانی Hettich
- لوله هماتوکریت قرمز
- لوله هماتوکریت آبی
میکروسانتریفیوژ
از این نوع سانتریفیوژ آزمایشگاهی برای نمونههای با حجم کم غالباً کمتر از 1/5ml (مانند نمونههای گرفته شده از اطفال) استفاده میشود. میکرو سانتریفیوژ ها در مدلهای با دور پایین و دور بالا ساخته میشوند. در دور پایین حداکثر سرعت 13000 rpm بوده و برای خون و سایر محصولات خونی کاربرد دارد. در مدلهای با دور بالا حداکثر سرعت به 28000 rpm نیز رسیده و برای جمعآوری سلولها و میکرو ارگانیسم ها و بررسی ارگانلهای سلولی کاربرد دارند. غالباً لولههایی که در میکروسانتریفیوژها استفاده میشوند از جنس پلاستیک و یکبار مصرف بوده، دارای یک سطح مقطع مخروطی و دارای سرپوش میباشند.
میکروسانتریفیوژ
سانتریفیوژ آزمایشگاهی شستشو دهنده سلول
از این نوع سانتریفیوژ جهت شستشو، دکانته کردن، مخلوط کردن و شستشوی مجدد یاختههای قرمز خون قبل از آزمایشات متعددی چون Antiglobulin استفاده میشود.
مقایسه سانتریفیوژها
مقایسه سانتریفیوژها براساس RCF است که توانایی تفکیک یک سانتریفیوژ را به خوبی مشخص میکند. اثر RCF بر روی یک نمونه به فاصله ثابت نمونه از مرکز چرخش بستگی دارد. به علت اینکه فاصله عمق نمونه با قسمتهای سطحی آن از مرکز متفاوت است. اثر RCF بر روی نواحی عمقی یک نمونه بیشتر از نواحی سطحی آن خواهد بود.
عمل سانتریفیوژ آزمایشگاهی از سه طریق اصلی اجرا میشود که عبارتند از:
- رسوب دهی تمایزی (Differential Pelleting): در روش رسوبدهی تمایزی ابتدا ذرات تقریباً به طور یکنواخت در محلول معلق هستند. با شروع کار سانتریفیوژ، ذرات با سرعتهای متفاوت به سمت انتهای لوله یا در جهت نیروی سانتریفیوژ حرکت میکنند. روش رسوبدهی تمایزی در اصل جداسازی در محیط یکنواخت میباشد.
- سرعت منطقهای (Rate – Zonal): در روش سرعت منطقهای جداسازی به سرعت نسبی مناطق مختلف بستگی دارد.
- ایزو پیکریک (Isopycric): در روش ایزوپیکریک اما به دانسیته ذرات شناور در محیط وابسته است. در روشهای فوق، ذرات مختلف بصورت نوارهایی در طول گرادیان محیط، در اثر سانتریفیوژ جدا میشوند.
12 نکته مهم هنگام کار با سانتریفیوژ
- سانتریفیوژ آزمایشگاهی باید کاملاً صاف و افقی قرار گیرد تا دستگاه در صورت عدم تعادل در حین کار حرکت نکند. سانتریفیوژ باید روی سطح محکم و صاف قرار گیرد.
- به مسئله بالانس (توازن) توجه کنید. اندازه، وزن، شکل و حجم محلول در لولههای مقابل یکدیگر مشابه باشد. اگر تعداد لوله فرد است، از لوله حاوی آب استفاده کنید. بالانس، عمر دستگاه را زیاد میکند و زغال دیرتر خراب میشود.
- سانتریفیوژ های میکرو و هماتوکریت نیازی به رعایت موازنه ندارند، چون وزن موتور خیلی بیشتر از وزن و محتویات لولههای موئینه است و اثر وزن یک لوله موئینه بسیار ناچیز و قابل چشمپوشی است.
- پیچ تنظیم سرعت سانتریفیوژ باید به آرامی چرخانده و زیاد شود.
- در صورت شنیدن صدای ناهنجار یا لرزش غیر عادی فوراً سانتریفیوژ آزمایشگاهی را خاموش کنید.
- بعد از استفاده از دستگاه، جا لوله های شسته و خشک شوند.
- تمیز کردن روزانه سانتریفیوژ و ضد عفونی آن با گلوتار آلدئید 1% توصیه میشود.
- برسها، زغال و سایر قسمتهای دستگاه هر 3 ماه یک بار کنترل شده و در صورت لزوم عوض شوند.
- قسمتهای زنگزده، خورده شده را تراشیده و با گازوئیل تمیز کرده و رنگ آمیزی کنید.
- بعد از شکستن یا ریختن نمونه در سانتریفیوژ فوراً آن را خاموش کنید. پنجرهها را باز کنید، 15 دقیقه اتاق را ترک کنید (تا آئروسلهای بزرگ تهنشین و با هوا رقیق شوند) سپس با ماسک و دستکش با ماده ضد عفونی مناسب آنرا تمیز و ضدعفونی کنید. (گلوتار آلدئید 1%)
- هیچگاه با درب باز سانتریفیوژ را روشن نکنید. تا دو دقیقه پس از توقف کامل سانتریفیوژ آزمایشگاهی، درب آنرا باز نکنید. سانتریفیوژهای دارای درب قفلدار توصیه میشوند.
- از سرعت بیش از حد لزوم استفاده نکنید.
اجزای دستگاه سانتریفیوژ
- موتور الکتریکی
- روتور یا هد سانتریفیوژ
- تایمر
- شافت
- سر روتور
- کلید خاموش و روشنکردن دستگاه
- ترمز (Brake) که دورِ عکس میزند!
- کنترل کننده سرعت (Potentiometer)
- Tachometer (سرعت سنج) که دور سانتریفیوژ را نشان میدهد.
روتور که لولههای حاوی نمونه را در آن جای میدهند با سرعت تنظیمشده توسط موتور چرخیده و ممکن است از جنس استیل، برنز و یا حتی پلاستیک باشد.
نحوه نگهداری دستگاه سانتریفیوژ
- پیچ تنظیم سرعت باید به آرامی چرخانده شود.
- در صورت استفاده مکرر در طول روز سانتریفیوژ آزمایشگاهی باید در فواصل زمانی کوتاه (ترجیحاً روزانه) با محلول هیپوکلریت سدیم با رقت 1/0 تمیز شود.
- ذغال دستگاه و commutators (سویگرها) باید هر سه ماه یکبار بازدید و هر 6 ماه یک بار تعویض گردد.
- زمان آن باید هر سه ماه یکبار توسط کرونومتر (زمانسنج) کالیبره و مورد کنترل قرار گیرد.
- همچنین دور آن را باید توسط دورسنج (تاکومتر) هر سه ماه یکبار کنترل کرد.
- به منظور پیشگیری از بروز نوسانات جریان الکتریکی، دستگاه باید به سیستم تثبیتکننده جریان برق (UPS) مجهز شود.
- واشر دور حلقه محیطی دستگاه باید همیشه تمیز باشد.
- دستگاه باید در جای محکم قرار گیرد تا ضربات وارده به پایه دستگاه در حال چرخش باعث خرابی دستگاه و همچنین کمشدن دقت آن نشود.
- در هنگام باز کردن درب سانتریفیوژ آزمایشگاهی و برداشتن لولههای موئینه باید مواظب بود؛ زیرا لولههای شکسته شده به قطعات ریزی تبدیل گشته و بعضاً با چشم قابل دید نیستند!
- در صورتیکه عجلهای برای خواندن نتیجه وجود ندارد، بهتر است برای جلوگیری از شکلگیری آئروسل، درب سانتریفیوژ را 5 تا 10 دقیقه بعد از توقف دستگاه بار نمائید.
کالیبراسیون سانتریفیوژ
در صورتیکه نتایج کنترل کیفی قابل قبول نباشند، جهت کالیبراسیون به شرکت پشتیبان فرستاده شود.
محدوده مجاز تغییرات بصورت زیر است:
اختلاف دور 5%±
اختلاف زمان 10%±
اختلاف دما 2°C±
کنترل کیفی و کالیبراسیون میکروهماتوکریت
برای کنترل کیفی دستگاه توجه به موارد زیر ضروری میباشد:
- سرعت سانتریفیوژ آزمایشگاهی
- صحت زمانسنج دستگاه
- حداکثر توان در تجمع سلولها
سرعت (بر حسب دور در دقیقه) و زمان سنج سانتریفیوژ به ترتیب با تاکومتر و کرونومتر قابل بررسی میباشند.
***
شرکت آذین تجهیز واردات و فروش انواع سانتریفیوژ را از کمپانیهای Zenlithlab و Hettitech بر عهده دارد. شایان ذکر است تمامی سانتریفیوژ ها با یکسال گارانتی و 10 سال خدمات پس از فروش ارائه میگردد. جهت خرید سانتریفیوژ آزمایشگاهی با شمارههای 02166578892 و 02166572995 تماس بگیرید.
یک پاسخ
با سلام
ممنون از اطلاعات جامع سایتتون
بسیار مفید بود
با تشکر