سانتریفیوژ آزمایشگاهی چیست؟

شاید بتوان گفت یکی از متداول‌ترین و مهم‌ترین تجهیزات در آزمایشگاه‌ها، سانتریفیوژ است. سانتریفیوژ آزمایشگاهی (Laboratory centrifuge) تجهیزی است که با استفاده از نیروی گریز از مرکز که به آن g-force نیز می‌گویند، اجزای یک ترکیب مانند خون را از یکدیگر جدا میکند.

 نحوه‌ی کار سانتریفیوژ آزمایشگاهی بدین شکل است که یک روتور حول یک محور ثابت توسط یک موتور الکتریکی چرخانده می‌شود. نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط این چرخش، باعث می‌شود تا مواد مختلف با توجه به چگالی‌هایشان از یکدیگر جدا شوند.

سانتریفیوژهای آزمایشگاهی از روش‌های مختلفی به منظور جداسازی مواد از یکدیگر استفاده می‌کنند که از جمله‌ی این روش‌ها میتوان به ایزوپیکنیک، گرادیان چگالی و تشکیل رسوب اشاره کرد.

از جمله مولفه‌های مهم در یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی، میتوان به سرعت چرخش که با واحد دور در دقیقه (RPM) بیان می‌شود و نیروی نسبی گریز از مرکز (RCF) اشاره کرد. درک تفاوت میان سرعت چرخش و نیروی نسبی گریز از مرکز، از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا دو روتور با قطرهای مختلف که با سرعت چرخش یکسانی میچرخند، نیروی نسبی گریز از مرکز متفاوتی تولید می‌کنند و بنابراین زمان مورد نیاز برای جداسازی یک نمونه‌ی یکسان، در این دو سانتریفیوژ متفاوت خواهد بود.

نیروی نسبی گریز از مرکز در سانتریفیوژ آزمایشگاهی

نیروی نسبی گریز از مرکز (RCF) که با نام‌های “شتاب نسبی سانتریفیوژ” و “قدرت سانتریفیوژکردن” نیز شناخته می‌شود، به صورت ضریبی از شتاب جاذبه (g) مشخص می‌شود. نیروی نسبی گریز از مرکز نسبت به سرعت چرخش، از اهمیت بیشتری برخوردار است و معمولا در پروتکل‌های سانتریفیوژ از نیروی نسبی گریز از مرکز استفاده می‌کنند. این گفته بدین معنا است که مدت زمان مورد نیاز برای سانتریفیوژکردن یک نمونه‌ی خاص، وابسته به نیروی نسبی گریز از مرکز سانتریفیوژ است.

K-factor چیست؟

یکی از معیارهایی که بازدهی کلی روتور یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی را مشخص می‌کند، K-factor است. به‌طورکلی هرچقدر میزان K-factor روتور یک سانتریفیوژ کمتر باشد، زمان مورد نیاز برای جداسازی نیز کمتر است. در مقایسه با نیروی نسبی گریز از مرکز و سرعت چرخش، K-factor برای فرآیندهای معمول یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی، اهمیت کمتری دارد. اما برای اولتراسانتریفیوژها، K-factor معیار مهمی برای انتخاب یک روتور می‌باشد.

انواع روتورهای سانتریفیوژ آزمایشگاهی

از جمله مهمترین و متداولترین روتورهای مورد استفاده در یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی میتوان به روتورهای زاویه ثابت و روتورهای زاویه متغییر اشاره کرد.

روتورهای زاویه ثابت (Fixed Angle/Angle head)

روتورهای زاویه ثابت دارای قطعه‌ی متحرکی نمی‌باشند و نمونه در یک زاویه‌ی ثابت قرار گرفته و در همین زاویه به گردش درمی‌آیند. این روتورها به دلیل عدم برخورداری از قطعه‌ی متحرک، در معرض تنش کمتری قرار دارند و  توانایی رسیدن به سرعت‌های بالا را دارند.

زاویه‌ی قرارگیری نمونه‌ها در روتورهای زاویه ثابت بین ۲۵ تا ۴۵ درجه است که البته اکثر روتورهای زاویه ثابت دارای زاویه‌ی ۴۵ درجه هستند.

نکته‌ای که باید بدان توجه داشت آن است که هر چقدر زاویه‌ی قرارگیری نمونه‌ها در یک روتور زاویه متغییر بیشتر باشد، رسوب تشکیل شده متراکم‌تر خواهد بود و زوایای کوچکتر روتور باعث پراکندگی رسوبات می‌شود.

روتورهای زاویه متغییر (Swing-bucket rotor/ Swing-out head)

در ساخت این نوع از روتورها از قطعات متحرک استفاده می‌شود و بنابراین نسبت به روتورهای زاویه ثابت در تنش بیشتری قرار داشته و نیروی نسبی گریز از مرکز کمتری را ایجاد می‌کنند. در روتورهای زاویه متغییر، توانایی استفاده از آداپتورهای متنوع‌تری وجود دارد و بنابراین استفاده از لوله‌های نمونه با حجم‌ها و شکل‌های مختلفی امکان‌پذیر است.

در این نوع از روتورها، لوله‌های نمونه به هنگام سکون سانتریفیوژ، به صورت عمودی قرار می‌گیرند. با چرخش سانتریفیوژ و سرعت گرفتن آن، لوله‌ها کم‌کم به صورت افقی درآمده تا در نهایت در زاویه‌ی ۱۸۰ درجه و به صورت کاملا افقی قرار می‌گیرند.

حسگر شناسایی روتور در سانتریفیوژ آزمایشگاهی

بسیاری از سانتریفیوژهای آزمایشگاهی، مجهز به حسگر شناسایی روتور هستند. با وجود این حسگر، هر روتوری که بر روی سانتریفیوژ بسته شود، شناسایی شده و نیروی نسبی گریز از مرکز و سرعت چرخش، به صورت خودکار به حداکثر مقدار مجاز محدود می‌شود. به بیان دیگر، حسگر شناسایی روتور مانع از آن می‌شود تا یک روتور در سرعت‌های بالاتر از سرعت تعیین شده برای آن، مورد استفاده قرار گیرد و بدین صورت باعث افزایش ایمنی استفاده از سانتریفیوژ می‌شود.

از جمله سانتریفیوژهای مجهز به این حسگر، میتوان به سانتریفیوژهای یونیورسال سری PIT320 و Premium 20000 شرکت پل ایده‌آل تجهیز اشاره کرد.

حسگر بارگذاری بالانس در سانتریفیوژ آزمایشگاهی

عدم بارگذاری صحیح، میتواند باعث کاهش طول عمر روتور شده و لرزش‌های شدید و کنترل نشده‌ای را ایجاد نماید که در نهایت باعث آسیب دائمی به دستگاه خواهد شد. مهم‌تر اینکه، عدم توازن در روتور، حتی می‌تواند باعث آسیب به کاربر یا افراد دیگر شود.

یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی مدرن، مجهز به حسگر بارگذاری بالانس است. وظیفه‌ی این حسگر آن است تا عدم توازن در بارگذاری را تشخیص داده و در صورت نیاز از شروع به کار دستگاه جلوگیری کند. بنابراین مجهز بودن سانتریفیوژ به این حسگر، علاوه‌بر افزایش امنیت کاربر، از بروز حوادث و خسارات احتمالی مرتبط با بارگذاری غیرصحیح را تا حد بسیاری کاهش میدهد.

سانتریفیوژهای یونیورسال دوربالای شرکت پل ایده‌آل تجهیز نیز به حسگر بارگذاری بالانس مجهز شده‌اند و در صورت بارگذاری اشتباه، به کاربر هشدار داده و از شروع به کار دستگاه ممانعت می‌کند.

سانتریفیوژ آزمایشگاهی یخچالدار

بسیاری از نمونه‌های آزمایشگاهی نسبت به تغییر دما حساس بوده و تغییر ماهیت می‌دهند و از آنجایی که سانتریفیوژها نیز به هنگام فعالیت، گرما تولید می‌کنند، عملا سانتریفیوژکردن این دسته از نمونه‌ها با یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی کلاسیک، امکان‌پذیر نیست.

سانتریفیوژهای آزمایشگاهی یخچالدار توانایی ثابت نگه‌داشتن دما در محفظه‌ی سانتریفیوژ را داشته و برای آنالیز DNA، RNA، PCR و پادتن ایده‌آل هستند.

سانتریفیوژهای یونیورسال سری PIT320 و Premium 20000 شرکت پل ایده‌آل تجهیز نیز در مدل‌های یخچالدار به بازار عرضه می‌شوند و با سیستم خنک‌کننده‌ی کارآمد خود قابلیت تنظیم دما در محدوده‌ی ۵- الی ۴۰ درجه‌ی سانتیگراد را دارند.

تنظیم شیب زمانی شروع (شتاب) و شیب اتمام (توقف) در سانتریفیوژ آزمایشگاهی

در سانتریفیوژهای مدرن، امکان تنظیم شیب زمانی شروع (شتاب) و شیب اتمام (توقف) فراهم شده است. این ویژگی به کاربر این امکان را می‌دهد تا متناسب با نیاز خود، شتاب سرعت گرفتن و یا کاهش سرعت سانتریفیوژ را تنظیم نماید.

برای مثال رسوب تشکیل‌شده به هنگام جداسازی سلول‌های محیطی تک هسته‌ای خون (PBMC) از طریق سانتریفیوژ کردن به روش گرادیان چگالی، به لرزش بسیار حساس است و در صورت افزایش و یا کاهش بسیار سریع سرعت، رسوب تشکیل شده مجددا مخلوط می‌شود. به منظور جلوگیری از مخلوط شدن مجدد فازها، پروتکل ایجاب می‌کند که سرعت سانتریفیوژ به آرامی افزایش و یا کاهش پیدا کند تا در گرادیان اختلالی ایجاد نشود.

از جمله سانتریفیوژهای دارای این قابلیت، میتوان به سانتریفیوژهای یونیورسال دوربالای شرکت پل ایده‌آل تجهیز اشاره کرد. این سانتریفیوژها دارای قابلیت تنظیم شیب زمانی شروع (شتاب) در ۹ مرحله (از ۱ تا ۹) و شیب اتمام (توقف) در ۱۰ مرحله (از ۰ تا ۹) هستند، به‌طوری که همواره شیب نهم معادل کوتاه‌ترین زمان ممکن برای شتاب‌گیری یا توقف است.

نکات ایمنی کار با سانتریفیوژ آزمایشگاهی

• همواره توجه داشته باشید که نمونه‌ها را به صورت صحیح و متوازن در سانتریفیوژ قرار دهید.
• توصیه می‌شود سانتریفیوژ را بدون قرار دادن باگت‌ها به راه نیندازید.
• قبل از راه‌اندازی سانتریفیوژ، مایعات ریخته شده در داخل روتور را کاملا تمیز و پاک کنید.
• بعد از اتمام فرآیند سانتریفیوژ، حداقل ۱۰ دقیقه صبر کنید تا آئروسل‌ها ته‌نشین شوند و سپس درب سانتریفیوژ را باز نمایید.
• در صورت شکستن و یا ترک خوردن لوله‌ی نمونه، درب سانتریفیوژ را حداقل تا ۳۰ دقیقه باز نکنید.
• چنانچه به هنگام سانتریفیوژکردن، یکی از لوله‌ها شکست، قبل از انجام سانتریفیوژ مجدد، باگت‌ها، آداپتورها و محفظه‌ی روتور را از تکه‌های شیشه پاکسازی و تمیز کنید.
• هر لوله‌ دارای حداکثر ظرفیت پُرکردن است، که این حداکثر مقدار معمولاً دو سوم یا ۸۰ درصد حجم کل آن است. هیچگاه لوله‌ی نمونه را بیش از حداکثر ظرفیت خود پر نکنید. با این کار اطمینان حاصل می‌شود که نمونه در هنگام سانتریفیوژ شدن، با درب لوله هیچ تماسی نداشته باشد.

راهنمای کار با مواد پرخطر در آزمایشگاه‌ها

آئروسل ها چه هستند؟

لام میکروسکوپ چیست؟