Ultrasentrifugi on tieteellinen työkalu tai väline, joka pystyy pyörimään esineitä tai nesteitä erittäin nopeasti pienessä, puristetussa kammiossa. Käyttökohteesta riippuen nämä työkalut voivat olla hyvin pieniä tai melko suuria – monet mahtuvat helposti pöydälle, kun taas toiset vievät kokonaisia huoneita. Heidän toimintatavansa ja niiden perustavoitteet ovat yleensä suunnilleen samat erityispiirteistä riippumatta. Yleensä ultrasentrifugointi suoritetaan nopeudella, joka on nopeampi kuin 20,000 rpm, ja sitä käytetään erottamaan pienet hiukkaset toisistaan niiden koon ja molekyylipainon määrittämiseksi. Sitä käytetään myös laajalti korkeiden polymeerien, erityisesti proteiinien, nukleiinihappojen, virusten ja muiden biologisten makromolekyylien, tutkimiseen. Tästä työkalusta on valmistavia ja analyyttisiä versioita, ja molempia käytetään polymeeritieteessä, biokemiassa ja molekyylibiologiassa. Vaikka koneita pidetään yleensä turvallisina, niiden nopeudet voivat aiheuttaa riskejä erityisesti käyttäjille, jotka eivät ole varovaisia. Kaikilta tutkijoilta, jotka aikovat käyttää tätä ja muita siihen liittyviä laitteita, vaaditaan yleensä perusteellista koulutusta.
Peruskonsepti ja pääkäyttö
Komposiittimateriaalien jakamiseen yksittäisiin komponentteihin on yleensä pari eri tapaa, mutta sentrifugikehotus on usein edullinen menetelmä monissa tutkimustiedoissa. Yhdisteiden pyöriminen kiinteän akselin ympäri ja kohtisuoran voiman käyttäminen käyttää fysiikkaa hiukkasten eristämiseen ja olennaisesti spin -esineiden erottamiseen niiden molekyylikomponentteihin. Yksinkertaiset nesteet ja liuokset erottuvat usein tavallisessa sentrifugissa, joka on katkottua monissa fysiikan ja kemian luokkahuoneissa. Ultrasentrifugi toimii samalla tavalla, mutta pyörii tyypillisesti paljon nopeammin ja voimakkaammin, mikä tekee siitä sopivan monimutkaisemmille yhdisteille ja aineille. Nämä “ultra” -lajikkeet ovat yleisimpiä lääketutkimuksessa ja -kehityksessä, ja niitä käytetään myös monissa tekniikoissa, usein kemiallisissa ja ympäristösovelluksissa.
Valmistelumallit
Valmistava ultrasentrifugi on yleensä yleisin tyyppi laboratorioissa ja tutkimuskeskuksissa. Sitä käytetään tiettyjen hiukkasten eristämiseen uudelleenkäyttöä varten, ja sitä pidetään tehokkaana instrumenttina, joka on luotettava ja tehokas ja toimii nopeasti ja hiljaa. Siinä on erilaisia roottoreita, jotka soveltuvat useisiin solubiologian, biokemian ja molekyylibiologian erottelutehtäviin. Näyte voidaan kehrätä suurella nopeudella, kunnes sen komponentit erottuvat, jolloin ne voidaan sitten eristää, mitata ja tutkia edelleen. Useimmat valmistelevat yksiköt sisältävät automaattisen roottorin käyttöiän hallinnan, värillisen LCD-näytön ja positiivisen palautteen. Monet voivat myös siirtää tulokset digitaalisesti tietokoneisiin ja älypuhelimiin.
Analyyttinen sentrifugi
Analyyttinen sentrifugointi on toinen mahdollinen käyttö tällaisille työkaluille. Tämä tekniikka mittaa sedimenttien hiukkasten fysikaalisia ominaisuuksia ja tapaa, jolla ne käyttäytyvät liuostilassa. Theodor Svedberg keksi tämän työkalun analyyttisen version ja voitti kemian Nobel -palkinnon tutkimuksellaan. Se on yleisin biolääketieteellisessä tutkimuksessa.
Analyyttisissä skenaarioissa näytteet sentrifugoidaan solussa, ja optinen järjestelmä projisoi kuvan solusta tietokoneella tai filmillä reaaliajassa. Yleisimpiä analyyttisiä kokeita ovat sedimentaationopeuden ja tasapainon kokeet, jotka tarjoavat tietoa makromolekyylien muodoista, koosta ja konformaatiomuutoksista.
Vaarat ja riskit
Ultrasentrifugin käyttöön liittyy vaaroja, koska se toimii erittäin suurilla nopeuksilla ja käyttää usein ratkaisuja, jotka sisältävät voimakkaita kemikaaleja. Molemmat tekijät aiheuttavat mekaanista rasitusta, joka voi aiheuttaa roottorien kulumisen. Lisäksi roottorit on kuormattava ja tasapainotettava oikein tai ne voivat irrota aiheuttaen merkittäviä vaurioita, vammoja ja jopa räjähdyksen. Jokainen instrumentti on huollettava säännöllisesti, ja käyttäjät on koulutettava lataamaan ja tasapainottamaan se oikein. Roottorien säännöllinen puhdistus on myös suositeltavaa turvallisuuden ja tarkkuuden vuoksi.