سانتریفوژ به دستگاهی گفته می وشد که از نیروی گریز از مرکز (نیرویی به واسطه چرخش) برای چرخش مواد حول یک محور مرکزی استفاده می کند. به طول کلی، جهت مجزا نمودن ذرات موجود جامد در یک محیط مایع بواسطه رسوب دادن این ذرات که در مایع وجود دارد، بر اساس چگالی آن ها مورد استفاده قرار می گیرد و نیروی گریز از مرکز مواد سنگین‌تر را به سمت خارج از مرکز روتور هدایت می‌کند.

شیوه کار دستگاه سانتریفیوژ، عمل نیروی گریز از مرکز روی ذرات و مواد جامد در حال چرخش می باشد که با شعاع میدان چرخشی و سرعت دوران قابل کنترل و چرخش افزایش می یابد. میزان رسوب به واسطه چگالی ذرات جامد تعیین می گردد. شیوه کار به این صورت است که ابتدا ذرات سنگین تر و با چگالی بیشتر رسوب می کنند و سپس ذرات سبکتر ته نشین می شوند. بسته به شرایط، ذرات بسیار سبک و کم وزن حتی ممکن است در تعلیق و سوسپانسیون باقی بمانند و ته نشین نشوند.

نیروی نسبی گریز از مرکز سانتریفیوژ بستگی به شعاع و سرعت دوران داشته و براساس فرمول زیر است و واحد آن نیز بر اساس ضریبی از g  (gravity) بیان می شود:

RCF : 1. 118×10-5 x r x rpm2 (relative centrifugal force)

RCF : نیروی نسبی گریز از مرکز (نیروی سانتریفیوژ) (g)

 r : شعاع سانتریفیوژ بر حسب سانتیمتر

Rpm : سرعت چرخش بر حسب دور در دقیقه

RCF (نیروی نسبی گریز از مرکز ) را می توان توسط نموگرام تعیین نمود:

نکته: جهت محاسبه RCF ، محاسبه r از مرکز چرخش دارای اهمیت زیادی دارد. به این دلیل که در طراحی ساختار روتور، r از بالا به پایین محل نگهداری لوله تفاوت خواهد داشت.

RCF را در یک روتور با زاویه ثابت در شرایطی که سرعت چرخش 12.000 دور در دقیقه می باشد، برای محاسبه RCF باید از معدل مقادیر RCF استفاده نمود.

انواع سانتریفیوژ

دو نوع اصلی و عمدۀ سانتریفوژ وجود دارد: مقدماتی و تحلیلی

مقدماتی: برای جداکردن جامدات معلق در نمونه های بیولوژیکی از مایعات از سانتریفوژهای مقدماتی یا تدارکی استفاده میشود. این نوع سانتریفوژ، معمول ترین نوع سانتریفوژ می باشد.

سانتریفوژهای مقدماتی در اندازه و ظرفیت نمونه شان متفاوت هستند. آن دسته از دستگاه های سانتریفوژی که روی زمین قرار می گیرند تا آنها که ظرفیت و حجم کوچک و کمی دارند و می توان آنها را بر روی یک میز کار مسقر نمود. بعضی از آنها، محافظ های در برابر باد برای محافظت از استفاده کننده دارند و در برابر آلودگی بواسطه تشکیل احتمالی هرگونه آئروسل تنظیم می گردند. در بسیاری از کشورها، چنین چیزی برای حفظ ایمنی و جان استفاده کننده اجباری می باشد.

تحلیلی: از سانتریفوژهای تحلیلی ممکن است برای تعیین کمیت یک یا بیش از یک جزء و مؤلفه جامد در یک تعلیق و سوسپانسیون ترکیبی استفاده کرد. تنها سانتریفوژ از این نوع که در آزمایشگاه های پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد، سانتریفوژ میکروهماتوکریت می باشد.

انواع سانتریفیوژ بر اساس سرعت

سانتریفیوژهای با سرعت پایین (سانتریفوژهای رومیزی کلینیکی)

  • سرعت این مدل از سانتریفیوژها حدودا ۲۰۰۰ تا ۸۰۰۰ دور در دقیقه است. این نوع از سانتریفیوژها حهت جداسازی اجزا و سلول‌ های خونی استفاده می کنند.
  • ساده ترین و ارزان ترین نوع سانتریفیوژ
  • اغلب برای جداکردن مقادیر کم مواد (گلبولهای قرمز، سلولهای مخمر) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سانتریفوژهای با سرعت بالا:

  • سرعت بالا: rpm  20000-25000
  • برای جداکردن مقادیر زیاد کاربرد دارند.
  • معمولاً مجهز به یخچال (دمای 0-4 درجه سانتیگراد) می باشند.
  • تقریبا در همه آزمایشگاه های تحقیقاتی بیوشیمی یافت می شود.
  • برای سانتریفوژ میکروارگانیسم ها، محتویات سلولی، سلولها، ارگانل های سلولی بزرگ، رسوبات سولفات آمونیم بکار برده می شود.
  • این دستگاه جهت رسوب دادن ویروس ها، ارگانل های کوچک مانند، ریبوزوم ها یا مولکول ها کارایی کافی را ندارند.

اولتراسانتریفوژ

سرعت چرخش روتور در این سانتریفیوژها بسیار بالا می باشد. به طوری که بعضی مواقع سرعت این سانتریفیوژها به ۲۰۰٫۰۰۰ دور در دقیقه نیز می‌رسد.

از اولترا سانتریفیوژها برای جداسازی اجزا و ترکیبات کوچک (مثلا: جداسازی اجزای داخل سرم‌های خونی به منظور کاهش کدورت سرم) استفاده می گردد. این نوع از سانتریفیوژها کاربردهای بسیاز زیادی در تست‌های دقیق آزمایشگاهی دارند.

برای جدانمودن ویروس ها، ارگانل های تحت سلولی (subcellular) ، ترکیبات آنزیمی، مولکولهایی مانند: DNA ، RNA و پروتئین.

طبقه‌بندی سانتریفیوژها براساس روتور

روتور بخش اصلی هر سانتریفیوژ را به خود اختصاص داده است. از این رو، انواع مختلف روتور در غالب انواع گوناگون سانتریفیوژ طبقه‌بندی می‌شوند:

سانتریفوژهای شناور

این نوع سانتریفیوژها در روتور خود دارای لولایی می باشند که ظروف نمونه را به روتور مرکزی وصل می‌کند. به همین دلیل در ابتدا، لوله‌ها در حالت توقف، وضعیت عمودی و در حال حرکت، وضعیت افقی دارند ودر انتهای لوله رسوبات متراکم می‌شوند.

سانتریفوژهای با زاویه ثابت

این سانتریفیوژها برای نگه داشتن ظروف نمونه در یک زاویه ثابت، نسبت به محور مرکزی طراحی شده‌اند. لوله‌ها در یک زاویه قرار گرفته شده و در هنگام چرخش نگه داشته می‌شوند. این زاویه بین ۲۵ تا ۴۰ درجه می باشد. هر چه این زاویه بیشتر باشد، سرعت چرخش بیشتر می شو و در نتیجه رسوب بیشتری در انتهای لوله‌ها و ظروف نمونه تشکیل می گردد.

سانتریفیوژهای توبولار

در این نوع از سانتریفیوژها، دوران به طور عمودی می باشد. شدت سرعت جداسازی در ساتریفیوژهای توبولار بسیار بالا است و بیشتر برای کاربردهای بالینی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع سانتریفیوژ های آزمایشگاهی بر اساس کاربرد

سانتریفیوژ سیتولوژی (سلول شناسی)

  1. برای جدا کردن لایه نازک سلول‌ها (مانند لایه‌های سلولی نمونه‌های مخاط رحمی) از روی اسلایدهای آزمایشگاهی و رسوب دادن آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این سانتریفیوژها برای شکستن سلول‌ها و مطالعات اجزای سلولی استفاده می گردد.
  2. از سانتریفیوژ‌های سیتولوژی یکی از پرکاربردترین سانتریفیوژها در آزمایشگاه‌های سلولی، میکروبی، سرولوژی، هماتولوژی و بافت شناسی می توان نام برد.

سانتریفیوژی هماتوکریت

این سانتریفیوژها برای اندازه‌گیری هماتوکریت خون از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌کند. هماتوکریت نسبت حجم گلبول‌های قرمز خون به کل حجم خون است. روتورهای سانتریفیوژهای هماتوکریت، طوری طراحی و برنامه ریزی شده‌اند که نمونه‌ها در لوله‌های موئین دورن روتور قرار می‌گیرند. لوله‌های موئین سانتریفیوژ شده با استفاده از یک صفحه مدرج اندازه‌گیری شده و از این طریق مقدار هماتوکریت محاسبه می گردد.

لوله های موئین را باید در یک انتها با خمیر هماتوکریت پر نمود. این انتها باید همواره در مقابل واشر عایق در سطح بیرونی روتور قرار داد. حتی با وجود در نظر گرفتن احتیاط های بالا، باز هم این امکان وجود دارد که خون از انتهای لوله های موئین به بیرون تراوش و نشت کند.

پس از هر گونه نا مرتبی و کثیفی، ابتدا محفظه سانتریفوژ را باید فورا با محلول صابون تمیز نمود و پس از آن، آنرا با الکل ۷۰ درصد (۷۰۰ میلی لیتر الیتر) ضدعفونی نمود.

میکروسانتریفیوژ

میکروسانتریفیوژها، یکی از ابزارهای اصلی در بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی هستند که عموماً حجم لوله‌ های کوچکی مانند لوله‌های 2 میلی‌لیتر، 1.5 میلی‌لیتر، 0.5 میلی‌لیتر و لوله‌های PCR را در خود می توانند جای می‌دهند. میکروسانتریفیوژها برای کاربردهای روتین آزمایشگاهی به طور معمول با سرعتی در حدود   x16000 g  چرخش دارند، در حالی که برای کارکردهای تخصصی‌تر می‌توانند به سرعت‌های بالاتر نظیر x30000 g نیز برسند.

سانتریفیوژهای یخچال‌دار

سانتریفیوژهای یخچال‌ دار ابزاری ایده آل برای سانتریفیوژ نمونه‌هایی میباشند که ممکن است به دما بسیار حساس باشند، به عنوان مثال این سانتریفیوژها در مطالعات سلول‌های زنده جانوران یا پروتئین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. بسیاری از آنها دارای روتورها و آداپتورهای قابل تعویض هستند تا طیف گسترده‌ای از حجم نمونه از زیر 1 ‌یتر تا چند لیتر را در خود جای دهند. سرعت نیز می‌تواند متفاوت باشد، به طوری که در برخی از مدل‌های این دستگاه می‌تواند تا  x60000 g برسند.

سانتریفیوژهای جدا کننده اجزای خونی (بالینی)

این نوع از سانتریفیوژها کم سرعت و کم حجم هستند که برای جداسازی اجزای کامل خون مانند سرم، پلاسما، گلبول‌های سفید، گلبول‌های قرمز و سایر مایعات بدن ایده آل محسوب می‌شوند. سرعت این سانتریفیوژها ممکن است بین 200 دور در دقیقه تا 6000 دور در دقیقه نیز باشد.

سانتریفیوژهای  خلاء

این سانتریفیوژها می‌توانند از خلاء، نیروی گریز از مرکز، دما و یا گاز استفاده کنند تا حلال مایع را برای خلوص نمونه‌ها از بین ببرند. این ابزار برای تصفیه یا تهیه نمونه‌هایی از قبیل ماکرومولکول‌ ها نظیر اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها، پپتیدها و سایر ترکیبات برای انواع کاربردهای تحقیقاتی بسیار مناسب هستند. در این نوع سانتریفیوژها برای تبخیر حلال‌ها، از مکانیسم خلاء با سیستم‌های گرمایش استفاده می‌کنند.

سانتریفیوژهای افتراقی

سانتریفیوژهای افتراقی برای جداسازی اجسام مختلف بیولوژیکی مانند ویروس‌ها، اندامک‌های سلولی نظیر ریبوزوم‌ها و میتوکندری‌ها و به طور کلی جداسازی اجزای عصاره‌های سلولی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سانتریفیوژهای گازی

سانتریفیوژهای گازی سانتریفیوژهای گازی برای جداسازی ایزوتوپی در فاز گاز مانند غنی سازی اورنیوم مورد به کار گرفته می‌شوند.

نگهداری و کنترل کیفی سانتریفوژ

سرعت سانتریفوژ:

نام ابزار سنجش سرعت سانتریفوژ، تاکومتر است. سرعت سانتریفوژ باید حداقل هر سه ماه یک بار مورد بررسی قرار گرفته شود و میزان سرعت اندازه گیری شده نباید بیش از 5% با سرعت مورد انتظار (سرعت انتخابی هنگام کار با سانتریفوژ) متفاوت باشد.

برای بررسی سرعت سانتریفوژ باتاکومتر مراحل زیر انجام می‌شود:

  • قفل سانتریفوژ را در حالتی قرار بدهید که در حال بازبودن در چرخش انجام شود.
  • کاغذ مخصوص همراه تاکومتر را نزدیک مرکز محور سانتریفوژ، نه در روی مرکز محور بچسبانید. این کار باعث می‌شود در هر بار چرخش، نور یک بار از کاغذ مخصوص به تاکومتر بازتابیده شود.
  • سانتریفوژ را با دور مورد نظر تنظیم و روشن کنید.
  • تاکومتر را در فاصله مناسب نسبت به کاغذ نشاندار نگهداشته و آنرا روشن کنید.
  • هر زمانی که عدد نمایش داده شده روی تاکومتر ثابت ماند، آن را یادداشت کرده و با سرعت انتخاب شده اولیه مقایسه کنید.

زمان سنج سانتریفوژ

بهتر است زمان سنج بصورت هفتگی در مقابل زمان سنج کالیبره مورد بررسی قرار گیرد. برای این امر زمان سنج را در زمانهای مختلف تنظیم و با کرونومتر مقایسه کنید. اعداد حاصله نباید بیش از 10% با زمان مورد انتظار متفاوت باشد.

کنترل دما

برخی سانتریفوژها هنگام کار ایجاد حرارت زیاد در محفظه داخل سانتریفوژ می‌نمایند و این دما می‌تواند بر کیفیت نمونه و غلظت کمیت‌های آن تاثیر مستقیمی بگذارد. لذا هنگامی که اندازه گیری کمیتی موردنظر است که به دما حساس می‌باشد، پیشنهاد می شود که از سانتریفوژ یخچال دار استفاده شود. برای کنترل دما، می‌توان در لوله آزمایش، آب مقطر ریخته و دمای آن را تعیین نمود. سپس لوله در سانتریفوژ قرار گرفته و دستگاه با دور مشخص روشن می‌شود. پس از مدت مقرر، دمای آب داخل لوله مجددا اندازه‌گیری می‌شود. دمای سانتریفوژهای یخچال دار ثابت می‌باشد و هر ماه بررسی شده و میزان دمای اندازه گیری شده نباید بیش از دو درجه سانتی گراد با دمای مورد انتظار تفاوت داشته باشد.

باز کردن بسته بندی، قرار دادن وسیله در محل مخصوص خودش، نصب آن و شرایط الکتریکی

  1. اگر وسایل مورد نظر موجود است، حتما از دستورالعمل سازنده استفاده کرده، بسته بندی و هر آنچه که برای ثابت ماندن آن، در طی حمل و نقل استفاده شده را باز کرده و بردارید.
  2. چک کنید که ولتاز وسایل و تجهیزات با ولتاژ منبع تغذیه محل مورد نظر حتما یکسان و برابر باشد و توان و قدرت فیوز نیز مناسب با آن باشد. یک فیوز صحیح و مناسب باید وسیله مورد نظر را از خسارت الکتریک صاد، محافظت نماید.
  3. دستگاه های سانتریفوژی که روی کف زمین باید قرار داده شوند و همچنین آنهایی که روی یک میز کار قرار می گیرند، را باید روی سطحی محکم و به دور از ترازوهای آزمایشگاهی گذاشت.
  4. سانتریفوژهایی که روی میز کار قرار می گیرند را باید حداقل به فاصله ۲۰ سانتی متر دور از لبه میز قرار داد، اگر احیانا نمونه مورد نظر در طی دوران و چرخش بشکند، نیروهای خارج از تعادل قابل توجهی تولید شده و ممکن است سانتریفوژ بطورغیر قابل انتظاری در جای خود ثابت نمانده و حرکت کند.

اصول نگهداری از سانتریفیوژ

  • برای جلوگیری از حرکت و جابجایی دستگاه سانتریفوژ، باید آن را روی سطح کاملا افقی و تراز قرار داد. اگر سانتریفوژ در حالت تعادل نباشد، در عملکرد آن اختلال بوجود می آید.
  • هنگام کار با سانتریفیوژ در تمامی اوقات باید بار و وزن سانتریفوژ در حالت تعادل قرار گرفته باشد. بنابراین لوله ها باید به طور قرینه و با وزن یکسان قرار داده شوند. اگر لوله های نمونه به تعداد کافی برای برقراری تعادل نبود، لوله ای که دارای حجم معین و مناسبی از آب است را هنگامی که تعدادی از نمونه ها را سانتریفوژ میکنید، به آن اضافه نمائید.
  • ایجاد تعادل نهایی را باید بواسطه قرار دادن بارهای جفت روی دو صفحه حساس با تعادل معقول و مناسب انجام داد و بواسطه افزودن آب از یک بطری یا پیپت آن را دارای تعادل نمود.
  • برای نمونه های بیولوژیکی باید در طی سانتریفوژ از درپوش استفاده کرد. اگر در طی سانتریفوژ صدای غیر معمولی از آن شنیده شود، باید آن را فورا متوقف کرد چراکه این صدای غیر نرمال نشان دهنده این است که تعادل آن به درستی انجام نشده است.
  • پس از هرگونه و بهم ریختگی نمونه، همواره سانتریفیوژ را کاملا پاکیزه نمایید و آن را بهمراه سانتریفوژ فورا با الکل ۷۰ درصد (۷۰۰ میلی لیتر /لیتر) پاک و ضدعفونی نمائید.
  • ضمنا اگر نیاز شد برس های برقی سانتریفیوژ را تعویض نمائید.
  • چک کنید که قطعات دستگاه فرسوده و زنگ زده نباشد و در صورت نیاز قطعات فرسوده را تعویض نمایید.
  • هرگز هنگامی که درپوش دستگاه سانتریفوژ باز بود درپوش آن به کار نیندازید.
  • هرگز از سانتریفوژ در سرعت های بالاتر از ظرفیت دستگاه، استفاده نکنید.

خطرات / ایمنی

از آنجایی که دستگاه های سانتریفوژ همواره جهت آماده کردن و تهیه نمونه های خون و ادرار مورد استفاده قرار می گیرند، توصیه می شود که محفظه داخل سانتریفوژ، سطل ها و حلقه های سر محور را پیش از این هرگونه سرویس دهی انجام گیرد و از آنها استفاده شود، تمیز و ضدعفونی نمائید.

ابزارها

  • یک جعبه ابزار معمول و عمومی مناسب و راضی کننده است.
  • لوازم اضافی و یدکی
  • خازن مسدود کننده (صافی تداخل و پارازیت)
  • جاروبک و جمع کننده زغالی
  • پایه های لاستیکی (با مدل های رومیزی)
  • بالشتک های لاستیکی برای سانتریفوژهای مقدماتی و تدارکی)
  • واشر مسدود کننده (برای سانتریفوژهای هماتوکریت)

حفظ و نگهداری

۱- همیشه قفل درپوش را چک کنید.

۲- حلقه های سر محور و سطل ها را جهت سالم بودن فلزشان مورد بررسی قرار دهید.

۳- لولاها، دکمه های تنظیم، پایه های لاستیکی را بررسی کنید.

۴- وزن سطل ها را چک کنید و آنها را در نگهدارنده هایشان عوض کنید.  بالشتک های لاستیکی موجود در سطل ها ممکن است گم شوند یا برای تمیز کردن و جابجایی بیرون آورده شوند که در این صورت بارهای غیر یکسان بوجود می آید. حتی تفاوت های کم در وزن نیز می تواند سبب فرسایش سریع و پوسیدگی یاتاقان های موتور شود.

سرویس

۱- به وارسی ترمزها جهت عملکرد مناسب دستگاه بپردازید.

۲- قفل درپوش را تنظیم و وارسی کنید تا مطمئن شوید که عملکرد مناسب مسدود کنندگی الکتریکی برقرار است.

۳- چک کنید که اتصالات ضعیف و غیرمحکم نباشد.

۴- جارویک ها و جمع کننده های ذغالی را جهت پوسیدگی یا نبود کشش فنر چک و وارسی کنید. ۵- زمان سنج (تایمر) را چک کنید تا تنظیم باشد).

۶- به یاتاقانهای موتور دستگاه، گریس بزنید.

تنظیم

این کار عموما برای سانتریفوژهای مقدماتی و تدارکی نیاز نیست. ولی اگر دستگاه سانتریفوژ هماتوکریتی موجود باشد. آن را با یک سرعت سنج (Tachometer)  باید چک و تنظیم کرد.

 

معرقی سایر مقالات:

ﻧﺤﻮﻩی ﺷﺴﺖ و ﺷﻮی شیشه آلات آزمایشگاهی

راهنمای کامل کلاس بندی ظروف آزمایشگاهی

انواع سرسمپلر آزمایشگاهی و کاربرد هرکدام در حجم برداری نمونه

 کمبود خواب در کودکان عامل پیری زودرس!

مرگ های کرونایی تا کجا ادامه دارد؟

معرفی سمپلر های آزمایشگاهی (میکروپیپت) و ساختار آن ها

آزمایش کلسی تونین (CT)

کمبود انسولین قلمی در ایران

حفاظت و ایمنی آزمایشگاه 3 (وسایل آزمایشگاهی)