離心技術(shù)在生物科學,特別是在生物化學和分子生物學研究領域,已得到十分廣泛的應用,每個生物化學和分子生物學實驗室都要裝備多種型式的離心機。離心技術(shù)主要用于各種生物樣品的分離和制備,生物樣品懸浮液在高速旋轉(zhuǎn)下,由于巨大的離心力作用,使懸浮的微小顆粒(細胞器、生物大分子的沉淀等)以一定的速度沉降,從而與溶液得以分離,而沉降速度取決于顆粒的質(zhì)量、大小和密度。
基本原理
當一個粒子(生物大分子或細胞器)在高速旋轉(zhuǎn)下受到離心力作用時,此離心力“F”由下式定義,即:
F = m•a = m•ω2 r
a — 粒子旋轉(zhuǎn)的加速度, m — 沉降粒子的有效質(zhì)量,ω—粒子旋轉(zhuǎn)的角速度, r—粒子的旋轉(zhuǎn)半徑( cm )。
通常離心力常用地球引力的倍數(shù)來表示,因而稱為相對離心力 “ RCF ”?;蛘哂脭?shù)字乘“g”來表示,例如25000×g,則表示相對離心力為25000。相對離心力是指在離心場中,作用于顆粒的離心力相當于地球重力的倍數(shù),單位是重力加速度“g”
(980cm/sec2),此時“RCF”相對離心力可用下式計算:
∴ RCF = 1.119×10-5×(rpm)2 r
( rpm — revolutions per minute每分鐘轉(zhuǎn)數(shù),r/min )
由上式可見,只要給出旋轉(zhuǎn)半徑r,則RCF和rpm之間可以相互換算。但是由于轉(zhuǎn)頭的形狀及結(jié)構(gòu)的差異,使每臺離心機的離心管,從管口管底的各點與旋轉(zhuǎn)軸之間的距離是不一樣的,所以在計算是規(guī)定旋轉(zhuǎn)半徑均用平均半徑“ra v”代替:
ra v=( r min+rmax) / 2
一般情況下,低速離心時常以轉(zhuǎn)速“rpm”來表示,高速離心時則以“g” 表示。計算顆粒的相對離心力時,應注意離心管與旋轉(zhuǎn)軸中心的距離“r”不同,即沉降顆粒在離心管中所處位置不同,則所受離心力也不同。因此在報告超離心條件時,通??偸怯玫匦囊Φ谋稊?shù)“×g”代替每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)“rpm”,因為它可以真實地反映顆粒在離心管內(nèi)不同位置的離心力及其動態(tài)變化。科技文獻中離心力的數(shù)據(jù)通常是指其平均值(RCFa v),即離心管中點的離心力。
為便于進行轉(zhuǎn)速和相對離心力之間的換算,Dole 和Cotzias 利用RCF的計算公式,制作了轉(zhuǎn)速“rpm”、相對離心力“RCF”和旋轉(zhuǎn)半徑“r”三者關(guān)系的列線圖,圖式法比公式計算法方便。換算時,先在r標尺上取已知的半徑和在rpm標尺上取已知的離心機轉(zhuǎn)數(shù),然后將這兩點間劃一條直線,與圖中RCF標尺上的交叉點即為相應的相對離心力數(shù)值。注意,若已知的轉(zhuǎn)數(shù)值處于rpm標尺的右邊,則應讀取RCF標尺右邊的數(shù)值,轉(zhuǎn)數(shù)值處于rpm標尺左邊,則應讀取RCF標尺左邊的數(shù)值。
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