1.الطرد المركزي
الطرد المركزي هو المصطلح المستخدم لوصف طريقة فصل المخاليط باستخدام قوة الدوران والطرد المركزي. أثناء عملية الطرد المركزي، يمكن فصل العديد من خصائص الجزيئات، بما في ذلك الحجم والشكل والكثافة واللزوجة. جهاز الطرد المركزي هو أداة مختبرية تستخدم لفصل السوائل أو الغازات أو السوائل على أساس الكثافة.
مبدأ الطرد المركزي هو مبدأ الترسيب الجاذبية. يتم تدوير الجزء الدوار لجهاز الطرد المركزي بسرعة عالية لتوليد قوة طرد مركزي قوية نسبياً، مما يعمل على تسريع ترسيب الجزيئات الدقيقة في السائل، وبالتالي تحقيق فصل السائل عن الجزيئات الدقيقة.
حاليا، تستخدم أجهزة الطرد المركزي في الكيمياء والأحياء والكيمياء الحيوية والمختبرات السريرية، مثل اختبار معدل الترسيب لخلايا الدم المختلفة. تُستخدم تقنية الطرد المركزي أيضًا في إنتاج المنتجات البيولوجية وأبيس، وكذلك التحليل الصيدلاني الحيوي للأدوية، بل وتستخدم أيضًا في فصل قشدة الألبان (الدهون) ومعالجة المياه وغيرها من المجالات.
2. مكونات الطرد المركزي
يتم تقديم بعض الأجزاء الشائعة لأجهزة الطرد المركزي على النحو التالي:
01. المحرك
المحرك هو المكون الأساسي القوي الذي يولد الدوران في جهاز الطرد المركزي.
02. التجمع الدوار
يشكل عمود المحرك والدوار مجموعة الدوار. يوفر عمود القيادة الدعم لمكونات الدوار. يتم توصيل رأس الدوار بمحرك مزود بحاوية لحمل أنبوب الاختبار الذي يحتوي على العينة المراد طردها مركزيًا. يمكن لدوارين بأقطار مختلفة أن يكون لهما نفس سرعة الدوران، وسيتسبب أنصاف الأقطار والزخم الزاوي المختلفان في تسارعات مختلفة لهذه الدوارات. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الدوارات:
الدوارات ذات الزاوية الثابتة: تعمل هذه الدوارات على تثبيت الأنبوب بزاوية تتراوح من 14 درجة إلى 40 درجة إلى الوضع الرأسي، مما يسمح للجسيمات بالسفر لمسافات قصيرة أثناء التحرك شعاعيًا إلى الخارج، ويتم استخدامها للطرد المركزي التفاضلي. وبما أن اتجاه الترسيب هو نفس اتجاه قوة الطرد المركزي، فإن الترسيب يحدث بزاوية على جدار الأنبوب. تصطدم الجزيئات (الكتل الرسوبية) بالجدار ثم تستقر عند زوايا القاعدة والجدار.
برميل التأرجح/الدوار الأفقي: تتأرجح هذه الدوارات إلى وضع أفقي مع أنبوب الطرد المركزي عند التسارع، مما يسمح للجسيمات بالتحرك لمسافة أطول، وبالتالي تسهيل فصل أسهل بين المادة الطافية والحبيبة من أجل الطرد المركزي المتدرج للكثافة.
الدوار العمودي: إمساك الأنبوب عمودياً، أي موازياً للمحور الحركي، وتكون المسافة التي تتحركها الجزيئات أقصر، وزمن الانفصال أقصر. يتم استخدامه لفصل تدرج الكثافة والكثافة.
03.حاوية
يتم تثبيت أنواع مختلفة من الحاويات، مثل أنابيب الاختبار، وأكياس الدم، والكفيت، وأنابيب الطرد المركزي، وما إلى ذلك، في الدوار بحيث تدور العينة أثناء دوران الدوار.
04. لوحة التحكم
يستخدم للتحكم في المعلمات المختلفة، مثل درجة الحرارة وسرعة الدوران (Rcf أو Rpm)، وما إلى ذلك.
05. مزلاج
يحافظ المزلاج على الغطاء مغلقًا عند انقطاع أنبوب الاختبار أو حدوث مشكلات أخرى أثناء تشغيل جهاز الطرد المركزي.
06.الغطاء
لن تدور أجهزة الطرد المركزي إلا عندما يكون الغطاء مغلقًا ومغلقًا لمنع وقوع الحوادث.
3. أنواع تكنولوجيا الطرد المركزي
هناك نوعان من تقنيات الطرد المركزي وهما الطرد المركزي التحضيري والطرد المركزي التحليلي. يتضمن الطرد المركزي التحضيري فصل وتنقية المكونات مثل الأنسجة والخلايا والهياكل التحت خلوية والحويصلات الغشائية والجسيمات الأخرى ذات الصلة بالكيمياء الحيوية. في المقابل، يتم إجراء الطرد المركزي التحليلي لتوصيف الجزيئات الحيوية المنقاة.
01.الطرد المركزي التحضيري
وفقا لحالة التعليق، يتم تقسيم الطرد المركزي التحضيري إلى الطرد المركزي التفاضلي والطرد المركزي التدرج الكثافة.
001. الطرد المركزي التفاضلي
فهو يفصل الجزيئات على أساس الشكل والحجم والكثافة. سوف تستقر معلقات الجسيمات ذات الكثافات أو الأحجام المختلفة بمعدلات مختلفة، مع استقرار الجسيمات الأكبر حجمًا والأكثر كثافة بشكل أسرع. ستنتج سلسلة من دورات قوة الطرد المركزي المتزايدة على الخلية المعلقة سلسلة من الكريات التي تحتوي على خلايا ذات معدلات ترسيب منخفضة.
002. الطرد المركزي التدرج الكثافة
فصل الجزيئات على أساس كثافتها الطفوية أو معدل استقرارها. خليط العينة يتم وضعه فوق تدرج كثافة السائل المشكل مسبقًا لربط الحمض النووي و فصل البلازميدات والبروتينات النووية والفيروسات. يستخدم نبر وناي ل تجزئة البروتينات الدهنية. يتم استخدام بيركول، فيكول، ميتريزاميد، ديكستران يتم استخدام محلول السكروز لفصل الخلية الكاملة لعزل الدناز والرنايز والبروتياز.
ينقسم الطرد المركزي المتدرج الكثافة إلى معدل الطرد المركزي المنطقي والطرد المركزي Isopycnic.
معدل الطرد المركزي النطاقي: يتم تغطية العينة كمنطقة صغيرة في أعلى تدرج الكثافة. اعتمادًا على كتلتها، تنتقل الجزيئات بسرعات مختلفة بسبب قوة الطرد المركزي. الحجم والكتلة هما المحددان الرئيسيان لسرعة استقرار الجسيمات. فعندما تنحدر مجموعة من الجسيمات في وسط كثيف، تتشكل مناطق من الجسيمات ذات الحجم المماثل عندما تمر الجسيمات الأسرع استقرارًا بالجسيمات الأبطأ.
الطرد المركزي متساوي النواة: في الفصل متساوي الحركة (يُسمى أيضًا فصل الطفو أو فصل التوازن)، يتم فصل الجزيئات بناءً على كثافتها فقط. يجب أن يكون للوسط المتدرج كثافة أعلى من كثافة الجزيئات التي يجب فصلها. تهاجر الجزيئات تحت تأثير القوة الطاردة المركزية وتدرج الكثافة للعينة المختلطة المتجانسة حتى تصبح كثافتها مساوية لكثافتها الوسط المحيط بها. بعد الطرد المركزي، تستقر الجسيمات ذات الكثافة المحددة حتى تصبح كثافتها مساوية لكثافة الوسط المتدرج (أي موضع التوازن).
02.الطرد المركزي التحليلي
الغرض من الطرد المركزي التحليلي هو جمع المعلومات لتوصيف العينات الدوارة (سرعة الترسيب، اللزوجة، التركيز، وما إلى ذلك)، وتحديد الوزن الجزيئي النسبي للمواد المذابة، ونقاء الجزيئات الحيوية، واكتشاف التغيرات التشكلية في بنية البروتين، وما إلى ذلك.
4. أنواع أجهزة الطرد المركزي
الغرض من الطرد المركزي التحليلي هو جمع المعلومات لتوصيف العينات الدوارة (سرعة الترسيب، اللزوجة، التركيز، وما إلى ذلك)، وتحديد الوزن الجزيئي النسبي للمواد المذابة، ونقاء الجزيئات الحيوية، واكتشاف التغيرات التشكلية في بنية البروتين، وما إلى ذلك.
01. سطح المكتب أو جهاز الطرد المركزي لسطح المكتب
نظرًا لصغر حجمها، فهي مناسبة جدًا للمختبرات الصغيرة ذات المساحة المحدودة
إنها مدمجة وغالبًا ما تستخدم في مختبرات الأبحاث والسريرية
جهاز طرد مركزي منضدي مزود بغطاء يغطي المعدات المستخدمة لتشغيل جهاز الطرد المركزي ودوار مزود بأرفف أنابيب الاختبار
02. جهاز الطرد المركزي الغازي
يتم استخدامها لفصل الجزيئات على أساس الكتلة والغازات على أساس النظائر
على وجه التحديد، يتم استخدامها في استخلاص وفصل اليورانيوم 235 واليورانيوم 238
03. جهاز الطرد المركزي للهيماتوكريت
تعمل أجهزة الطرد المركزي الهيماتوكريت بسرعات تتراوح من 7000 إلى 15000 دورة في الدقيقة
الغرض الرئيسي من جهاز الطرد المركزي للهيماتوكريت هو حساب النسبة المئوية لخلايا الدم الحمراء في الدم على أساس الحجم. يتم استخدامه لإنتاج البلازما للتحليل الضوئي لتركيز البيليروبين في دم الأطفال حديثي الولادة
04. أجهزة الطرد المركزي الصغيرة
نظرًا لعامل الشكل المضغوط للغاية، فإنها تتمتع بمساحة صغيرة جدًا وتشغل مساحة صغيرة على محطة العمل الخاصة بك
تعمل هذه بشكل جيد مع الأنابيب الصغيرة (حتى 2.0 مل) وغالبًا ما تستخدم في التطبيقات البيولوجية
يتم استخدامها لترشيح كميات صغيرة من عينات المياه والاحتفاظ بالأحماض النووية المترسبة والبروتينات والمواد الأخرى في المحلول.
05. أجهزة الطرد المركزي المبردة
تعمل أجهزة الطرد المركزي هذه بأقصى سرعة مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة
يستخدم لتحليل DNA و RNA و PCR والأجسام المضادة حيث تتراوح درجة حرارته بين -20 إلى -40 درجة مئوية
غالبًا ما يتم استخدامها لتجميع المواد المترسبة بسرعة، بما في ذلك خلايا الخميرة، والبلاستيدات الخضراء، وما إلى ذلك.
06. أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة
جهاز الطرد المركزي عالي السرعة هو جهاز طرد مركزي أسرع قليلاً، يتراوح من 15000 إلى 30000 دورة في الدقيقة.
تحتوي أجهزة الطرد المركزي عالية السرعة على جهاز ينظم درجة الحرارة وسرعة التشغيل ويستخدم للتحليلات الحرجة للجزيئات الحيوية الدقيقة.
تستخدم أجهزة الطرد المركزي هذه ثلاثة أنواع من الدوارات: دوارات ذات زاوية ثابتة، ودوارات دلو، ودوارات عمودية
07. جهاز طرد مركزي منخفض السرعة
تُستخدم هذه عادةً في المختبرات لفرز الجسيمات الروتيني بسرعة قصوى تبلغ 4000-5000 دورة في الدقيقة
يعد تعديل درجة الحرارة أمرًا نادرًا ويعمل عادةً في درجة حرارة الغرفة
تتوفر أجهزة الطرد المركزي هذه في أنواع الدلو والدوار ذو الزاوية الثابتة
08. جهاز الطرد المركزي ذو التدفق المستمر
يمكنه طرد كميات كبيرة من العينات دون التأثير على معدل الترسيب
كما أنها تتمتع بسعة أكبر وتوفر الوقت عن طريق التخلص من الحاجة إلى تحميل وتفريغ العينات بشكل متكرر مثل أجهزة الطرد المركزي القياسية
09. جهاز الطرد المركزي الفائق
جهاز الطرد المركزي الفائق هو جهاز طرد مركزي متطور ومتطور للغاية يمكنه فصل جزيئات صغيرة لا يمكن فصلها بسرعة بواسطة أجهزة الطرد المركزي التقليدية
نطاق سرعة دوار الطرد المركزي الفائق من 60,000 إلى 150,000 دورة في الدقيقة
يقومون بتشغيل العينات كأنظمة تدفق مجمعة أو مستمرة وعلى نطاقات أكبر
010. جهاز الطرد المركزي الفائق التحضيري
أجهزة الطرد المركزي الفائقة التحضيرية هي أجهزة طرد مركزي تستخدم لفصل الجزيئات في التجارب عن طريق الطرد المركزي
عند تحضير جهاز الطرد المركزي الفائق للتشغيل، تكون محتويات أنبوب الاختبار
يتم فحصها بعد عملية الطرد المركزي، بدلاً من جهاز الطرد المركزي المستخدم للتحليل، حيث يتم فحص المحتويات أثناء عملية الطرد المركزي.
011. جهاز الطرد المركزي التحليلي الفائق
أجهزة الطرد المركزي التحليلية هي أجهزة طرد مركزي فائقة السرعة تستخدم لفحص الجزيئات المختلفة داخل العينة
يتم استخدامه للفحص النوعي للجزيئات الكبيرة في المحلول
وهي مجهزة بأجهزة استشعار تتتبع دوران وحركة المكونات في الوقت الحقيقي لحساب معاملات الترسيب
5. مزايا وقيود أجهزة الطرد المركزي
01.الميزة
- عملية مغلقة، مظهر أنيق
-بدء التشغيل والإيقاف السريع
-يمكن تشغيلها آليًا بسهولة وتشغيلها بشكل مستمر إذا لزم الأمر
- انخفاض تكلفة رأس المال إلى نسبة القدرة
-ضبط معلمات التشغيل بسرعة
- مرونة عالية وأداء متميز
- عملية بسيطة وسهلة التركيب
02.القيود
- فصل جزيئات الضوء (ذات الكتلة التي لا تذكر تقريبا) أمر صعب للغاية
- على الرغم من وجود أنواع عديدة من أجهزة الطرد المركزي، إلا أنها كهربائية معقدة للغاية - وهي معدات تتطلب إصلاحات احترافية عندما تتعطل، مما يجعل صيانة المعدات صعبة للغاية ومكلفة.
-استهلاك عالي للطاقة حيث أنه يحتوي على العديد من الوظائف المتعطشة للطاقة مثل التحكم في درجة الحرارة والدوران الدوار
-بسبب السرعة العالية في الدقيقة، يمكن لأجهزة الطرد المركزي أن تنتج اضطرابات الضوضاء. وبما أنها تدور، فإنها تولد حتماً اهتزازات، مما قد يسبب التلوث الضوضائي و
-عرقلة استخدامه في بعض المناطق.
-في معظم الحالات، عندما يفشل الجهاز الأساسي، يلزم وجود جهاز احتياطي للتدخل
6. إجراءات تشغيل أجهزة الطرد المركزي والاحتياطات
01. إجراءات التشغيل
001. افحص جهاز الطرد المركزي للتأكد من أنه يعمل بشكل صحيح وسليم ويمكن نقله دون قيود.
002. بعد اختيار أنابيب أو حاويات الطرد المركزي المناسبة، قم بفحصها للتأكد من عدم وجود عيوب أو تشققات. يجب التخلص من أي أنابيب أو حاويات تالفة أو معيبة.
003. املأ الأنبوب بالسائل المفضل لديك، لا تملأه أكثر من اللازم أو تنقصه.
004. التأكد من توازن أنابيب الطرد المركزي؛ قم بوزن كل أنبوب على حدة على ميزان للتأكد من أنهما متساويان في الوزن. تجنب الاعتماد على الحجم وحده لتحقيق التوازن! وينطبق هذا بشكل خاص على المحاليل التي تحتوي على أنواع مختلفة من العينات أو تركيزات مختلفة من العينات.
005. قم بربط غطاء أنبوب الطرد المركزي.
006. قبل إدخال أنبوب الطرد المركزي، تأكد من أن الجزء الخارجي منه جاف ونظيف.
007. حافظ على توازن أنابيب الاختبار في جهاز الطرد المركزي.
008. أغلق الغطاء وتأكد من ملاءمته بإحكام.
009. تكوين وقت التشغيل والسرعة.
0010. لا تترك الوحدة عندما يبدو أن جهاز الطرد المركزي يعمل ويعمل بأقصى سرعة. تحقق من عدم وجود أي اهتزازات أو ضوضاء غير عادية.
0011. بمجرد سماع أصوات غريبة أو الشعور باهتزازات قوية، قم بإيقاف تشغيل جهاز الطرد المركزي على الفور وإزالة العينة. السبب النموذجي لذلك هو وجود جهاز طرد مركزي غير متوازن بشكل صحيح. إذا لم تختف المشكلة بعد موازنة جهاز الطرد المركزي بشكل صحيح، فلا تستخدم جهاز الطرد المركزي حتى يتم إصلاحه.
0012. بعد أن يكمل جهاز الطرد المركزي دورته، انتظر حتى يتوقف عن الدوران قبل فتح الغطاء. لا تلمس غطاء جهاز الطرد المركزي أو تفتحه أبدًا حتى يتوقف جهاز الطرد المركزي عن الدوران. قد يؤدي إيقاف المعدات قبل الأوان إلى حدوث عطل ميكانيكي وإصابة.
0013. من أجل السماح للهباء الجوي المنبعث أثناء الطرد المركزي بالاستقرار، من الأفضل الانتظار لمدة 10 دقائق على الأقل بعد توقف الدوران قبل فتح الغطاء.
0014. بمجرد توقف جهاز الطرد المركزي عن الدوران، قم بإزالة العينة من جهاز الطرد المركزي.
02. الاحتياطات
- قبل التشغيل، تأكد دائمًا من وجود جهاز الطرد المركزي على سطح مناسب
-حافظ على الغطاء مغلقًا أثناء تشغيل الدوار
- عندما يهتز جهاز الطرد المركزي أو يهتز، افصل قابس الطاقة
-يرجى التأكد من أن الأنبوب مناسب للبرنامج والإعدادات قبل الاستخدام. يجب توفير أنابيب الاختبار المستخدمة في أجهزة الطرد المركزي في مجموعات كاملة
-يجب تحميل الأنابيب بشكل متناظر باستخدام الأحمال المتجاورة والمتعارضة المتوازنة. -استخدم الكتلة بدلاً من الحجم لموازنة الأنابيب