Μια υπερφυγόκεντρος είναι ένα επιστημονικό εργαλείο ή όργανο που είναι ικανό να περιστρέφει αντικείμενα ή υγρά πολύ γρήγορα μέσα σε ένα μικρό, συμπιεσμένο θάλαμο. Ανάλογα με τον συγκεκριμένο σκοπό, αυτά τα εργαλεία μπορεί να είναι πολύ μικρά ή αρκετά μεγάλα — πολλά μπορούν να χωρέσουν εύκολα σε ένα τραπέζι, ενώ άλλα καταλαμβάνουν ολόκληρα δωμάτια. Ωστόσο, οι τρόποι με τους οποίους λειτουργούν και οι βασικοί τους στόχοι είναι συνήθως περίπου οι ίδιοι, ανεξάρτητα από τις ιδιαιτερότητες. Γενικά, η υπερφυγοκέντρηση πραγματοποιείται με ταχύτητα μεγαλύτερη από 20,000 rpm και χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό μικροσκοπικών σωματιδίων το ένα από το άλλο προκειμένου να προσδιοριστούν τα μεγέθη και τα μοριακά τους βάρη. Χρησιμοποιείται επίσης ευρέως για τη μελέτη υψηλών πολυμερών, ιδιαίτερα πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, ιών και άλλων βιολογικών μακρομορίων. Υπάρχουν προπαρασκευαστικές και αναλυτικές εκδόσεις αυτού του εργαλείου, και οι δύο χρησιμοποιούνται στην επιστήμη των πολυμερών, τη βιοχημεία και τη μοριακή βιολογία. Αν και τα μηχανήματα θεωρούνται συνήθως ασφαλή, οι ταχύτητες με τις οποίες λειτουργούν μπορεί να παρουσιάζουν κάποιους κινδύνους, ιδιαίτερα σε χειριστές που δεν είναι προσεκτικοί. Απαιτείται συνήθως ενδελεχής εκπαίδευση από όλους τους ερευνητές που πρόκειται να χρησιμοποιήσουν αυτόν και άλλο σχετικό εξοπλισμό.
Βασική έννοια και κύριες χρήσεις
Υπάρχουν συνήθως μερικοί διαφορετικοί τρόποι για τη διάσπαση των σύνθετων υλικών στα επιμέρους συστατικά τους, αλλά η περιδίνηση με φυγόκεντρο είναι συχνά μια προτιμώμενη μέθοδος σε πολλές από τις ερευνητικές επιστήμες. Οι περιστρεφόμενες ενώσεις γύρω από έναν σταθερό άξονα ενώ εφαρμόζουν μια κάθετη δύναμη χρησιμοποιεί τη φυσική για να απομονώσει τα σωματίδια και ουσιαστικά να περιστρέψει τα πράγματα στα μοριακά τους συστατικά. Τα απλά υγρά και διαλύματα συχνά διαχωρίζονται σε μια τυπική φυγόκεντρο, η οποία αποτελεί βασικό στοιχείο σε πολλές τάξεις φυσικής και χημείας. Μια υπερφυγόκεντρος λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο, αλλά συνήθως περιστρέφεται πολύ πιο γρήγορα και πιο δυνατά, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για πιο σύνθετες ενώσεις και ουσίες. Αυτές οι «εξαιρετικές» ποικιλίες είναι πιο κοινές στη φαρμακευτική έρευνα και ανάπτυξη, και χρησιμοποιούνται επίσης σε πολλές μηχανικές, συχνά όταν πρόκειται για χημικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές.
Προπαρασκευαστικά Μοντέλα
Μια προπαρασκευαστική υπερφυγόκεντρος είναι συνήθως ο πιο κοινός τύπος σε εργαστήρια και ερευνητικά κέντρα. Χρησιμοποιείται για την απομόνωση συγκεκριμένων σωματιδίων για επαναχρησιμοποίηση και θεωρείται όργανο υψηλής απόδοσης που είναι αξιόπιστο και αποτελεσματικό και λειτουργεί γρήγορα και αθόρυβα. Διαθέτει μια ποικιλία από ρότορες που είναι κατάλληλοι για μια σειρά εργασιών διαχωρισμού που χρησιμοποιούνται στην κυτταρική βιολογία, τη βιοχημεία και τη μοριακή βιολογία. Ένα δείγμα μπορεί να περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα μέχρι να διαχωριστούν τα συστατικά του, οπότε μπορούν στη συνέχεια να απομονωθούν, να μετρηθούν και να μελετηθούν περαιτέρω. Οι περισσότερες προπαρασκευαστικές μονάδες περιλαμβάνουν αυτόματη διαχείριση διάρκειας ζωής ρότορα, έγχρωμη οθόνη LCD και δυνατότητες θετικής ανάδρασης. Πολλοί είναι επίσης σε θέση να μεταφέρουν ψηφιακά αποτελέσματα σε υπολογιστές και smartphone.
Αναλυτική Φυγόκεντρος
Η αναλυτική φυγοκέντρηση είναι μια άλλη πιθανή χρήση για αυτά τα είδη εργαλείων. Αυτή η τεχνική μετρά τις φυσικές ιδιότητες των σωματιδίων που καθιζάνουν και τον τρόπο που συμπεριφέρονται σε μια κατάσταση διαλύματος. Ο Theodor Svedberg επινόησε την αναλυτική έκδοση αυτού του εργαλείου και κέρδισε το Νόμπελ Χημείας για την έρευνα που έκανε με αυτό. Είναι πιο συνηθισμένο στη βιοϊατρική έρευνα.
Σε αναλυτικά σενάρια, τα δείγματα φυγοκεντρούνται σε μια κυψέλη και ένα οπτικό σύστημα προβάλλει μια εικόνα της κυψέλης σε υπολογιστή ή φιλμ σε πραγματικό χρόνο. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι πειραμάτων που βασίζονται στην ανάλυση είναι αυτά στην ταχύτητα και την ισορροπία καθίζησης, τα οποία προσφέρουν πληροφορίες για τα σχήματα, τα μεγέθη και τις διαμορφωτικές αλλαγές των μακρομορίων.
Κίνδυνοι και κίνδυνοι
Υπάρχουν κίνδυνοι που συνδέονται με τη χρήση μιας υπερφυγοκέντρου επειδή λειτουργεί σε πολύ υψηλές ταχύτητες και συχνά χρησιμοποιεί λύσεις που περιλαμβάνουν σκληρές χημικές ουσίες. Και οι δύο αυτοί παράγοντες δημιουργούν μηχανική καταπόνηση που μπορεί να προκαλέσει φθορά των ρότορων. Επιπλέον, οι ρότορες πρέπει να φορτώνονται και να ζυγοσταθμίζονται σωστά, διαφορετικά μπορεί να χαλάσουν, προκαλώντας σημαντική ζημιά, τραυματισμό, ακόμη και έκρηξη. Κάθε όργανο θα πρέπει να τυγχάνει τακτικής συντήρησης και οι χρήστες θα πρέπει να εκπαιδεύονται κατάλληλα ώστε να το φορτώνουν και να το ζυγοσταθμίζουν σωστά. Συνιστάται επίσης ο τακτικός καθαρισμός των ρότορων, για ασφάλεια αλλά και ακρίβεια.