实验室离心机的应用需求与功能配置评估的探讨

　　离心机是广泛应用于医学实验室, 完成样品分离、分析技术的仪器。由于各实验室的技术定位不同或实验目的不同对离心机的技术功能配置需求也存在较大差异, 实践中不乏功能配置配置不合理、不适宜酿成资源浪费的事例。因此, 探讨其应用需求和功能配置间的关系在装备配置管理上有着重要意义。

　　1 离心技术及通用实验室离心机

　　离心是在离心力的作用下, 利用被离心样品物质的沉降系数、浮力、密度差别进行分离、浓缩、提取制备以及分析测定生物大分子分子量和纯度。

　　1.1 离心技术

　　离心机的设计原理是利用驱动转头旋转时所产生的离心场力加快样品粒子的沉降速度, 把样品中不同沉降系数或浮力密度差的物质分离开。决定离心力大小的因素除转速 (Revolved per minute, r/min 或 rpm)和离心(转头)半径外, 还与粒子在旋转运动中所受到的力(重力、浮力、摩擦力)之作用影响有关, 如图 l 所示。离心力方向与重力呈垂直, 故常用相对离心力(Relative centrifugal force, rcf)表示, 即相对于重力作用在旋转粒子上的离心力, 用重力加速度 g(980cm/s2 )作为量值, 也称为“g- Force”, 表达式为: RCF=ω2r/980。运用离心技术的关键是如何根据样品粒子和介质的性质以及转子的技术参数来确定离心力、转速和离心时间设置。粒子(细胞、细胞器及大分子的统称)的沉降或分离速率取决于离心力、粒子的大小、形状和密度以及沉降介质的密度和粘度。按离心机的工作方式可将其所实现的技术分为离心过滤、离心沉降(或澄清)及离心分离[1]。

　　1.2 通用实验室离心机

　　近年来 , 一类称之为通用实验室离心机(Universal laboratory centrifuge)的机型进入医学实验室。所谓“通用”是其兼顾了低速机和高速机、微量和较大容量的性能, 且体积小、重量轻、耗电低、操作简便; 常见机型最高转速≥15000 r/min, 最大 rcf一般可达 20000×g 以上, 个别机型达到≥60000×g,最大离心容量≥3000 ml, 性能上顺应了分子生物学、细胞生物学等相关领域常规分离制备技术的需要。

　　通用实验室离心机在结构上与高速机基本相同, 但为实现其通用性能可谓浓缩了近代离心机制造方面的高新技术: ⑴驱动系统采用无碳刷变频电机取代了直流串激电机, 在不同转速都能输出最大扭矩, 为开发一机多功能型的通用离心机提供了重要前提; 低噪声, 免除了碳刷摩擦产生的高频噪声,不需要安装在专门房间; 且因无碳粉污染, 还可在特定样品分离要求的无菌、无尘实验室内使用; 起动速度快; 整机体积、重量和功耗减小, 故大多制作成台式机型。⑵离心转头, 不同技术性能的转头代表着离心功能, 通用离心机所配置的转头充分体现了当代离心技术的特征; 主要可概括为采取计算机三维计算优化设计, 具有体轻、转速高等优点; 碳纤维制造高速转头, 容量大、重量轻、耐腐蚀性能强;开发出大离心力转头, 缩短了某些难以分离生物样品的分离时间, 减少了浓度扩散作用, 提高了分离纯度和分辨率; 角转头采取小倾角设计, 兼有垂直转头沉降距离小、纵剖面面积大、分离时间短的优点, 尤其适于质粒 DNA、RNA 分离; 多样式, 每管位容量覆盖 0.2~750 ml, 除角转头外, 还有水平( 含微量高速水平转头)、鼓式、区带、微板、涂片等转头。⑶控制和显示, 采用微处理机控制, 自动转头识别;可设置 rpm 和 rcf, 并实时显示实际值, 减少了计算麻烦; 多档设置的升速 /降速控制; 瞬时离心控制;自检和故障提示。⑷ 安全性, 如电子盖锁、超温、过速、失平衡保护等, 一旦发生误操作或故障将发出提示声音报警。⑸控温系统, 低温控制机型多为一级压缩机无氟制冷, 控温范围一般在﹣9℃( 或﹣20℃)～+40℃, 精度≤1℃; 具有预冷程序、待机状态可恒冷维持功能, 以适应实验室机动性、连续性工作需要。