Ultracentrifuga je znanstveni alat ili instrument koji je sposoban vrlo brzo okretati predmete ili tekućine unutar male, komprimirane komore. Ovisno o specifičnoj namjeni, ovi alati mogu biti vrlo mali ili prilično veliki — mnogi se lako mogu smjestiti na stol, dok drugi zauzimaju cijele prostorije. Međutim, načini na koji rade i njihovi osnovni ciljevi obično su približno isti bez obzira na specifičnosti. Općenito, ultracentrifugiranje se provodi pri brzini većoj od 20,000 XNUMX okretaja u minuti i koristi se za odvajanje sićušnih čestica jedna od druge kako bi se odredile njihove veličine i molekularne težine. Također se široko koristi za proučavanje visokih polimera, posebno proteina, nukleinskih kiselina, virusa i drugih bioloških makromolekula. Postoje preparativne i analitičke verzije ovog alata, a obje se koriste u znanosti o polimerima, biokemiji i molekularnoj biologiji. Iako se strojevi obično smatraju sigurnima, brzine pri kojima rade mogu predstavljati određene rizike, osobito za operatere koji nisu oprezni. Od svih istraživača koji će koristiti ovu i drugu srodnu opremu obično je potrebna temeljita obuka.
Osnovni koncept i glavne namjene
Obično postoji nekoliko različitih načina za razbijanje kompozitnih materijala na njihove pojedinačne komponente, ali centrifugiranje je često poželjna metoda u mnogim istraživačkim znanostima. Okretanje spojeva oko fiksne osi uz primjenu okomite sile koristi fiziku za izolaciju čestica i u biti razdvojiti stvari u njihove molekularne komponente. Jednostavne tekućine i otopine često će se odvojiti u standardnoj centrifugi, koja je osnovna namirnica u mnogim učionicama fizike i kemije. Ultracentrifuga radi na isti način, ali se obično okreće mnogo brže i snažnije, što je čini pogodnom za složenije spojeve i tvari. Ove “ultra” sorte najčešće su u farmaceutskom istraživanju i razvoju, a također se koriste u mnogim inženjeringima, često kada su u pitanju kemijske i ekološke primjene.
Pripremni modeli
Preparativna ultracentrifuga obično je najčešći tip u laboratorijima i istraživačkim centrima. Koristi se za izolaciju specifičnih čestica za ponovnu upotrebu i smatra se instrumentom visokih performansi koji je pouzdan i učinkovit, te radi brzo i tiho. Sadrži niz rotora koji su prikladni za niz zadataka odvajanja koji se koriste u staničnoj biologiji, biokemiji i molekularnoj biologiji. Uzorak se može vrtjeti velikom brzinom sve dok se njegove komponente ne odvoje, a zatim se mogu izolirati, izmjeriti i dalje proučavati. Većina pripremnih jedinica uključuje automatsko upravljanje životnim vijekom rotora, LCD zaslon u boji i mogućnosti pozitivne povratne informacije. Mnogi također mogu digitalno prenijeti rezultate na računala i pametne telefone.
Analitička centrifuga
Analitičko centrifugiranje je još jedna moguća upotreba za ove vrste alata. Ova tehnika mjeri fizička svojstva čestica sedimentiranja i način na koji se ponašaju u stanju otopine. Theodor Svedberg izumio je analitičku verziju ovog alata i dobio Nobelovu nagradu za kemiju za istraživanje koje je proveo s njim. Najčešći je u biomedicinskim istraživanjima.
U analitičkim scenarijima, uzorci se centrifugiraju u stanici, a optički sustav projicira sliku stanice na računalu ili filmu u stvarnom vremenu. Najčešći tipovi pokusa temeljenih na analitici su oni u brzini sedimentacije i ravnoteži, koji nude informacije o oblicima, veličinama i konformacijskim promjenama makromolekula.
Opasnosti i rizici
Postoje opasnosti povezane s korištenjem ultracentrifuge jer radi pri vrlo velikim brzinama i često koristi rješenja koja uključuju jake kemikalije. Oba ova čimbenika stvaraju mehanički stres koji može uzrokovati trošenje rotora. Osim toga, rotori moraju biti pravilno opterećeni i izbalansirani ili se mogu olabaviti, uzrokujući značajna oštećenja, ozljede, pa čak i eksploziju. Svaki instrument treba redovito održavati, a korisnici bi trebali biti pravilno osposobljeni za pravilno opterećenje i balansiranje. Također se preporučuje redovito čišćenje rotora, radi sigurnosti i točnosti.