郭德倫① 高 建① 傅雅靜① 崔澤實①

    ［文章編號］１６７２－ ８２７０（２００７）０４－ ０６－ ０３     

    ［中圖分類號］    ［文獻標識碼］

    ［摘要］ 從不同醫(yī)學實驗技術的功能定位和應用需求出發(fā)， 探討裝備離心機應考慮的若干功能配置問題。

     ［關鍵詞］ 離心 實驗室離心機 功能配置 技術評估

    離心機是廣泛應用于醫(yī)學實驗室， 完成樣品分離、分析技術的儀器。由于各實驗室的技術定位不同或實驗目的不同對離心機的技術功能配置需求也存在較大差異， 實踐中不乏功能配置配置不合理、不適宜釀成資源浪費的事例。因此， 探討其應用需求和功能配置間的關系在裝備配置管理上有著重要意義。

    １ 離心技術及通用實驗室離心機

    離心是在離心力的作用下， 利用被離心樣品物質的沉降系數(shù)、浮力、密度差別進行分離、濃縮、提取制備以及分析測定生物大分子分子量和純度。

    １．１ 離心技術

     離心機的設計原理是利用驅動轉頭旋轉時所產(chǎn)生的離心場力加快樣品粒子的沉降速度， 把樣品中不同沉降系數(shù)或浮力密度差的物質分離開。決定離心力大小的因素除轉速 （Ｒｅｖｏｌｖｅｄ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ， ｒ／ｍｉｎ 或 ｒｐｍ）和離心（轉頭）半徑外， 還與粒子在旋轉運動中所受到的力（重力、浮力、摩擦力）之作用影響有關， 如圖 ｌ 所示。離心力方向與重力呈垂直， 故常用相對離心力（Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆｏｒｃｅ， ｒｃｆ）表示，即相對于重力作用在旋轉粒子上的離心力， 用重力加速度 ｇ（９８０ｃｍ／ｓ２）作為量值，也稱為“ ｇ－ Ｆｏｒｃｅ”，表達式

為： ＲＣＦ＝ω２ｒ／９８０。運用離心技術的關鍵是如何根據(jù)樣品粒子和介質的性質以及轉子的技術參數(shù)來確定離心力、轉速和離心時間設置。粒子（細胞、細胞器及大分子的統(tǒng)稱）的沉降或分離速率取決于離心力、粒子的大小、形狀和密度以及沉降介質的密度和粘度。按離心機的工作方式可將其所實現(xiàn)的技術分為離心過濾、離心沉降（或澄清）及離心分離［１］。

       

    １．２ 通用實驗室離心機

     近年來，一類稱之為通用實驗室離心機（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ）的機型進入醫(yī)學實驗室。所謂“通用”是其兼顧了低速機和高速機、微量和較大容量的性能， 且體積小、重量輕、耗電低、操作簡便； 常見機型最高轉速≥１５０００ ｒ／ｍｉｎ，最大 ｒｃｆ一般可達 ２００００×ｇ 以上，個別機型達到≥６００００×ｇ，最大離心容量≥３０００ｍｌ，性能上順應了分子生物學、細胞生物學等相關領域常規(guī)分離制備技術的需要。

     通用實驗室離心機在結構上與高速機基本相同， 但為實現(xiàn)其通用性能可謂濃縮了近代離心機制造方面的高新技術： ⑴驅動系統(tǒng)采用無碳刷變頻電機取代了直流串激電機， 在不同轉速都能輸出最大扭矩， 為開發(fā)一機多功能型的通用離心機提供了重要前提； 低噪聲， 免除了碳刷摩擦產(chǎn)生的高頻噪聲，不需要安裝在專門房間； 且因無碳粉污染， 還可在特定樣品分離要求的無菌、無塵實驗室內(nèi)使用； 起動速度快； 整機體積、重量和功耗減小， 故大多制作成臺式機型。⑵離心轉頭， 不同技術性能的轉頭代表著離心功能， 通用離心機所配置的轉頭充分體現(xiàn)了當代離心技術的特征； 主要可概括為采取計算機三維計算優(yōu)化設計， 具有體輕、轉速高等優(yōu)點； 碳纖維制造高速轉頭， 容量大、重量輕、耐腐蝕性能強；開發(fā)出大離心力轉頭， 縮短了某些難以分離生物樣品的分離時間， 減少了濃度擴散作用， 提高了分離純度和分辨率； 角轉頭采取小傾角設計， 兼有垂直轉頭沉降距離小、縱剖面面積大、分離時間短的優(yōu)點， 尤其適于質粒 ＤＮＡ、ＲＮＡ分離；多樣式，每管位容量覆蓋 ０．２￣７５０ ｍｌ， 除角轉頭外，還有水平（含微量高速水平轉頭）、鼓式、區(qū)帶、微板、涂片等轉頭。⑶控制和顯示， 采用微處理機控制， 自動轉頭識別；可設置 ｒｐｍ 和 ｒｃｆ， 并實時顯示實際值， 減少了計算麻煩；多檔設置的升速／降速控制；瞬時離心控制；自檢和故障提示。⑷ 安全性，如電子蓋鎖、超溫、過速、失平衡保護等，一旦發(fā)生誤操作或故障將發(fā)出提示聲音報警。⑸控溫系統(tǒng)，低溫控制機型多為一級壓縮機無氟制冷， 控溫范圍一般在﹣９℃（ 或﹣

２０℃）～＋４０℃， 精度≤１℃； 具有預冷程序、待機狀態(tài)可恒冷維持功能， 以適應實驗室機動性、連續(xù)性工作需要。

    ２ 裝備應考慮的主要問題及功能配置

     通用實驗室離心機可能會深入到每一個技術相關實驗室，是一個潛在發(fā)展的市場，應當引起裝備管理方面的高度重視。在明確實驗室的技術定位、主次技術需求及相應離心方法的前提下，轉頭形式、最大 ｒｃｆ、   ｒｐｍ、樣品量等是選擇離心技術的基本參數(shù)， 要在此基礎上考慮離心機的選型、主要功能及兼顧功能的配置。

    ２．１ 醫(yī)學實驗室常規(guī)離心技術功能需求

    ２．１．１ ＲＮＡ 離心制備

     培養(yǎng)細胞經(jīng)低速離心（水平轉頭，３００×ｇ）完成細胞分離、裂解后，加 ＲＮＡ 沉淀提取液，于４℃，１００００～１２０００×ｇ（角轉頭，微量 １．５／２．０ ｍｌ Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ管， 或≥１５ ｍｌ、  ５０ ｍｌ 管）分步提取； 組織樣本需先施勻漿預處理［２］。

    ２．１．２ ＤＮＡ 離心制備

     水平轉頭， ２ ０００×ｇ左右（１．５／２．０ ｍｌＥｐｐｅｎｄｏｒｆ管，１５ ｍｌ、５０ ｍｌ錐底管或更大體積）；再經(jīng)１２０００～２７０００×ｇ。制備質粒 ＤＮＡ： 角轉頭， ２５０ ｍｌ 或 ５００ｍ１／瓶， ５０００～６０００×ｇ； １５～５０ ｒｎｌ／管， １２０００～２７０００×ｇ； ４℃或特定溫度。

     ２．１．３ 載體表達蛋白分離

    角轉頭， ２５０～５００ ｍｌ／瓶， ４０００×ｇ； １５～５０ ｍｌ 錐底管， ３０００×ｇ； 角轉頭， ５０ ｍｌ 管 ／瓶， ２７０００×ｇ； ４℃。

    ２．１．４ 細胞純化和亞細胞器分離

   用差速離心法分離細胞器和大小差別懸殊的細胞［３］。由低速分步到高速離心， 細胞器的沉降順序是細胞核、線粒體、溶酶體、過氧化酶體、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體、核蛋白體， 所有過程控溫 ４℃ 。收集細胞：水平轉頭， ８５０～１８５０×ｇ， 優(yōu)選錐形底管； 分離細胞核和細胞質， ３３００×ｇ； 核提取， ２５０００×ｇ。進一步純化分離將聯(lián)用超速離心。密度梯度速率沉降法分離密度相近而大小不等的細胞或細胞器。采用合適的密度梯度介質， 水平轉頭 １００～９００×ｇ。等密度梯度法分離細胞器， １００００～３００００×ｇ。

    ２．１．５ 細胞學涂片離心

    除專用細胞涂片離心機外， 在個別實驗室離心機上可配置細胞學涂片離心轉頭， 實現(xiàn)一次≥４ 片離心。據(jù)細胞學特性， ｒｃｆ 控制在 ５０～１０００×ｇ。選購時， 需注意離心容器的樣品處理量是否滿足實驗目的。

    ２．１．６ 離心超濾、濃縮、抽提

   配合市售離心過濾濃縮管 （１．５～８０ ｍｌ， Ｃｏｍｉｎｇ，Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ， Ｓｐｅｃｔｒｕｍ 等）或樣品抽提容器使用， 采用角轉頭或水平轉頭， 角轉頭可使超濾膜與離心力不成直角而避免濃度極化； １０００～ｌ２０００×ｇ 不等， 可參考所購容器的使用說明。

    ２．１．７ 微孔板離心

   酶標板、ＴＣ 板、ＰＣＲ 板以及樣品抽提純化板的離心。在通用離心機可通過在大容量水平轉頭上配置微孔板吊架（ｒｃｆ 一般將低于轉頭的額定值）或選用微板專用離心轉頭實現(xiàn)， １０００×ｇ 左右。每個吊架可放 １～４ 塊標準 ９６ 孔板或更多， 也有可兼做載玻片的離心適配器

    ２．２ 選型與功能配置評估

      通用實驗室離心機在性能、價格上仍存有較大差別。為節(jié)省資源， 建議在裝備實踐中力求功能配置與應用需求功能做到相關適宜。

    ２．２．１ 功能配置與實際需求的雙向功能分解評估

    實驗室離心制備小樣本 ＲＮＡ 常用的功能參數(shù)是：容量１．５／２．０ ｍ１／管，最大 ｒｃｆ≥１００００×ｇ。表１列出４種可供選擇的通用離心機功能配置方案 （Ａ， Ｂ，Ｃ， Ｄ），投入成本依次遞增有較大差別， 配置功能與需求功能達到適時一致，將是資源配置的最佳結果。如果裝備對象僅以小樣本制備為主選擇方案 Ａ即可滿足，兼顧細胞學工作還可選擇 Ｂ，當然如２項技術的使用率均較高也可采用分別單一功能配置。

    ２．２．２ 注意各實驗室間的資源共享

    方案Ｃ或Ｄ的選擇， 需要對實驗室的性質以及對各項擴展功能的權重做出進一步的評估。另外，一個衛(wèi)生單位內(nèi)如有多個實驗室不同程度地涉及到某（些）種功能， 但利用率均不高， 要注意資源共享， 研究功能配置的數(shù)量、搭配及管理等問題。對特殊離心功能配置如大容量離心轉頭、鼓式轉頭等，可考慮裝備在能公共利用的地點專管共用或實行借用。

         

    ２．３ 其它配置評估因素

     在完成功能需求配置評估的基礎上， 還要根據(jù)實驗需求及實驗室的具體情況在器材的選擇上考慮以下因素：

    ２．３．１ 轉速與離心力

     要對離心機的綜合性能做出全面評估， 在進行產(chǎn)品比較時不能單純評估轉速， 還要注意相應的最大 ｒｃｆ 值。

     ２．３．２ 生物安全

     離心機是可引發(fā)氣溶膠污染的器材之一，如 ［４］在 ＢＳＬ２ 級別以上實驗室使用應注意：（１）離心室的密封性能； （２）選擇帶密封蓋、可進行 １２１℃高溫滅菌的生物安全密封式轉頭．配套的離心管 ｆ 瓶）也應具備密封措施； （３）如果要將離心機放人生物安全柜或超凈工作臺中使用， 要充分考慮離心機的體積、重量、穩(wěn)定性以及安全柜的承受能力等指標。

     ２．３．３ 溫度控制

     高速離心特別是大容量高速離心轉頭的溫度控制， 要注意在最大轉速時可控制的溫度值是否滿足實驗要求。

    ２．３．４ 最小起動轉速／降速和調(diào)速增量

     對此參數(shù)要求嚴格的離心實驗， 要注意選型。