روتور سانتریفیوژ آزمایشگاهی چیست؟

روتور سانتریفیوژ قلب تپنده سانتریفیوژ آزمایشگاهی است که نقش اصلی را در جداسازی اجزای مختلف یک نمونه ایفا می‌کند. این بخش چرخان، لوله‌های حاوی نمونه را در خود جای داده و با ایجاد نیروی گریز از مرکز بسیار قوی، ذرات سنگین‌تر را به سمت پایین لوله‌ها رانده و از ذرات سبک‌تر جدا می‌کند. نوع روتور، زاویه قرارگیری لوله‌ها و سرعت چرخش، همگی در تعیین نوع جداسازی و خلوص نمونه‌های نهایی موثر هستند. روتورها بر اساس زاویه قرارگیری لوله‌ها و کاربردشان به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده‌اند.

نقش روتور در سانتریفیوژ

روتور بخشی است که لوله‌های حاوی نمونه در آن قرار می‌گیرند و با چرخش سریع، باعث ایجاد نیروی گریز از مرکز می‌شود و در نتیجه ذرات سنگین‌تر به سمت پایین لوله‌ها حرکت کرده و از ذرات سبک‌تر جدا می‌شوند. اما چرا روتور اینقدر مهم است؟

• محل قرارگیری نمونه‌ها: حفره‌های موجود در روتور، جایی است که لوله‌های حاوی نمونه در آن قرار می‌گیرند.
• ایجاد نیروی گریز از مرکز: با چرخش سریع روتور، نیروی بسیار قوی گریز از مرکز ایجاد می‌شود که باعث می‌شود ذرات با چگالی‌های مختلف از هم جدا شوند.
• نوع جداسازی: نوع روتور، زاویه قرارگیری لوله‌ها و سرعت چرخش، تعیین‌کننده نوع جداسازی و میزان خلوص نمونه‌های نهایی است.

انواع روتور سانتریفیوژ آزمایشگاهی

همانطور که قبلاً نیز اشاره شد، روتورها بر اساس زاویه قرارگیری لوله‌ها و کاربردشان به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند.

روتور زاویه ثابت (Fixed Angle Rotor):

روتور زاویه ثابت نوعی روتور سانتریفیوژ است که در آن لوله‌های حاوی نمونه در یک زاویه ثابت نسبت به محور چرخش قرار دارند. در این نوع روتور، ذرات پس از سانتریفیوژ به صورت یک لایه نازک در کف لوله رسوب می‌کنند. روتورهای زاویه ثابت برای جداسازی سریع و کارآمد ذرات از مایعات مناسب هستند.

• لوله‌ها در زاویه ثابتی نسبت به محور چرخش قرار می‌گیرند.
• برای جداسازی سریع و کارآمد ذرات استفاده می‌شود.
• نیروی گریز از مرکز باعث می‌شود ذرات به صورت پلت در ته لوله جمع شوند.
• برای حجم‌های کم نمونه و جداسازی ذرات با چگالی بالا مناسب است.

روتور زاویه متغیر (Swing-Bucket Rotor):

روتور زاویه متغیر نوعی روتور سانتریفیوژ است که در آن حامل‌های لوله‌ها می‌توانند در حین چرخش روتور به صورت افقی قرار بگیرند. این روتورها برای جداسازی نمونه‌های با حجم بالا و تشکیل باندهای ایزوباند مناسب هستند. در این روتورها، ذرات پس از سانتریفیوژ به صورت یک لایه ضخیم در کف لوله رسوب می‌کنند.

• حامل‌های لوله‌ها (باکت‌ها) در هنگام چرخش به صورت افقی قرار می‌گیرند.
• برای جداسازی حجم‌های زیاد نمونه و رسوب‌های نرم استفاده می‌شود.
• پلت تشکیل شده در ته لوله، به صورت یک لایه نازک و یکنواخت خواهد بود.
• برای جداسازی سلول‌ها، پلاسمای خون و اجزای زیر سلولی مناسب است.

روتور عمودی (Vertical Rotor):

روتور عمودی نوعی روتور سانتریفیوژ است که در آن لوله‌های حاوی نمونه به صورت عمودی قرار می‌گیرند. در این نوع روتور، ذرات پس از سانتریفیوژ به صورت یک لایه فشرده در کف لوله رسوب می‌کنند. روتورهای عمودی معمولاً برای جداسازی ذرات با چگالی بالا مانند هسته سلولی و میتوکندری استفاده می‌شوند و در تشکیل باندهای ایزوباند نیز مؤثر هستند.

• لوله‌ها در حالت عمودی قرار دارند.
• برای جداسازی ذرات با چگالی بسیار متفاوت و رسوب‌های بسیار متراکم استفاده می‌شود.
• نیروی گریز از مرکز باعث می‌شود ذرات به صورت یک نوار در دیواره داخلی لوله جمع شوند.
• برای جداسازی لیپوپروتئین‌ها و ویروس‌ها مناسب است.

روتور میکروتیتر (Microtiter rotor):

روتور میکروتیتر به طور خاص برای سانتریفیوژ کردن پلیت‌های میکروتیتر طراحی شده است. پلیت‌های میکروتیتر ظروفی با چاهک‌های کوچک هستند که برای انجام آزمایش‌های بیولوژیکی و شیمیایی در حجم‌های کوچک استفاده می‌شوند.

• طراحی خاص برای پلیت‌های میکروتیتر: روتور میکروتیتر دارای حفره‌هایی با ابعاد دقیق است که به طور کامل با اندازه و شکل پلیت‌های میکروتیتر مطابقت دارد.
• جنس روتور: معمولاً از مواد مقاوم در برابر مواد شیمیایی مانند استیل ضد زنگ یا پلاستیک‌های مهندسی ساخته شده است.
• سرعت و نیروی گریز از مرکز: سرعت چرخش روتور میکروتیتر معمولاً کمتر از روتورهای دیگر است تا از آسیب دیدن پلیت‌ها و نمونه‌ها جلوگیری شود.
• کاربرد در آزمایش‌های بیولوژیکی و شیمیایی: روتورهای میکروتیتر در آزمایش‌هایی مانند ELISA، PCR، کشت سلولی و سایر آزمایش‌هایی که از پلیت‌های میکروتیتر استفاده می‌کنند، کاربرد دارند.
• جداسازی سلول‌ها، رسوب‌ها و ذرات: با استفاده از روتور میکروتیتر می‌توان سلول‌ها، رسوب‌ها و ذرات را از مایع رویی جدا کرد.

روتور زونال (Zonal Rotor):

روتور زونال برای جداسازی ذرات با چگالی‌های مختلف در حجم‌های بزرگ نمونه به کار می‌رود. این روتور دارای یک محفظه مرکزی است که در آن یک گرادیان چگالی ایجاد می‌شود. نمونه‌ها در بالای این گرادیان قرار می‌گیرند و با چرخش روتور، ذرات مختلف بر اساس چگالی‌شان در لایه‌های مختلف گرادیان قرار می‌گیرند. این نوع روتور در جداسازی اندامک‌های سلولی، ویروس‌ها و ذرات زیستی دیگر کاربرد فراوانی دارد.

• لوله‌ها به صورت عمودی قرار نمی‌گیرند: در روتور زونال، نمونه‌ها در یک محفظه مرکزی قرار می‌گیرند و گرادیان چگالی در این محفظه ایجاد می‌شود.
• برای جداسازی ذرات با چگالی‌های مختلف در حجم‌های بزرگ نمونه استفاده می‌شود: این روتور برای جداسازی نمونه‌های با حجم بالا و همچنین برای جداسازی ذراتی که تفاوت چگالی کمی با هم دارند، بسیار مناسب است.
• ایجاد گرادیان چگالی: در این روتور، با استفاده از مواد مختلفی مانند ساکارز یا سزیم کلرید، یک گرادیان چگالی در محفظه مرکزی ایجاد می‌شود.
• جداسازی بر اساس چگالی: ذرات با چگالی کمتر در بالای گرادیان و ذرات با چگالی بیشتر در پایین گرادیان قرار می‌گیرند.
• کاربرد در جداسازی اندامک‌های سلولی، ویروس‌ها و ذرات زیستی دیگر: روتور زونال برای جداسازی اجزای سلولی مانند میتوکندری، لیزوزوم‌ها و هسته سلولی، همچنین برای جداسازی ویروس‌ها و ذرات زیستی دیگر به طور گسترده استفاده می‌شود.

روتور فیلتر (Filter Rotor):

روتور فیلتر به طور خاص برای جدا کردن ذرات جامد از مایعات طراحی شده است. این روتورها معمولاً دارای یک فیلتر متخلخل هستند که اجازه عبور مایع را داده و ذرات جامد را روی سطح خود نگه می‌دارند.

• لوله‌ها به صورت عمودی یا زاویه‌دار قرار می‌گیرند: بسته به طراحی روتور، لوله‌ها می‌توانند به صورت عمودی یا در یک زاویه خاص قرار بگیرند.
• وجود یک فیلتر متخلخل: مهم‌ترین ویژگی روتور فیلتر، وجود یک فیلتر متخلخل است که معمولاً از مواد متخلخل مانند نایلون یا فلز ساخته می‌شود.
• جدا شدن ذرات جامد از مایع: هنگام سانتریفیوژ، مایع از فیلتر عبور کرده و ذرات جامد روی سطح فیلتر باقی می‌مانند.
• کاربرد در جداسازی سلول‌ها، باکتری‌ها و ذرات ریز: روتورهای فیلتر به طور گسترده‌ای برای جداسازی سلول‌ها، باکتری‌ها، مخمرها و سایر ذرات ریز از محیط کشت یا سایر مایعات استفاده می‌شوند.
• استفاده در آماده‌سازی نمونه برای آنالیزهای بعدی: پس از جداسازی، ذرات جامد را می‌توان برای انجام آنالیزهای بعدی مانند شمارش سلولی، آنالیز میکروبی و بررسی مورفولوژی سلولی استفاده کرد.

در مجموع، انتخاب نوع روتور سانتریفیوژ به عوامل مختلفی از جمله نوع نمونه، حجم نمونه، سرعت مورد نیاز و نوع جداسازی بستگی دارد. روتورهای تخصصی تری نیز برای کاربردهای بسیار خاص طراحی شده‌اند، مانند روتورهای مخصوص سانتریفیوژهای فوق سانتریفیوژ که برای جداسازی ذرات بسیار ریز و ویروس‌ها استفاده می‌شوند. با توجه به کاربردهای متنوع روتورهای سانتریفیوژ، انتخاب روتور مناسب برای هر آزمایش بسیار مهم است.

عوامل موثر در انتخاب روتور سانتریفیوژ

انتخاب روتور مناسب برای سانتریفیوژ، یکی از تصمیمات مهم در فرآیند جداسازی اجزای مختلف یک مخلوط است. روتور قلب تپنده سانتریفیوژ است و نوع آن به طور مستقیم بر کارایی و دقت جداسازی تاثیر می‌گذارد.

عوامل اصلی که در انتخاب روتور سانتریفیوژ موثر هستند عبارتند از:

1. نوع نمونه و حجم آن:

نوع و حجم نمونه‌ای که قصد جداسازی آن را دارید، یکی از مهم‌ترین عوامل در انتخاب روتور سانتریفیوژ است. برای نمونه‌های با حجم کم، روتورهای کوچکتر و برای حجم‌های بیشتر، روتورهای بزرگتر مناسب هستند. همچنین، چگالی و ویسکوزیته نمونه نیز در انتخاب روتور موثر است. نمونه‌های با چگالی بالا و ویسکوزیته کم، به نیروی گریز از مرکز کمتری برای رسوب نیاز دارند و بنابراین، روتورهای با سرعت پایین‌تر نیز برای آن‌ها مناسب هستند.

2. نوع جداسازی:

نوع جداسازی مورد نظر، تعیین کننده نوع روتوری است که باید استفاده شود. برای جداسازی ذرات جامد از مایع، روتورهای زاویه ثابت یا زاویه متغیر مناسب هستند. برای جداسازی ذرات با چگالی متفاوت، روتورهای زونال یا ایزپیکنیک مناسب‌تر هستند. همچنین، برای جداسازی ذرات با اندازه‌های مختلف، روتورهای فیلتر یا غربال مورد استفاده قرار می‌گیرند.

3. سرعت مورد نیاز:

سرعت مورد نیاز برای جداسازی، یکی دیگر از عوامل مهم در انتخاب روتور است. هر روتوری حداکثر سرعت مشخصی دارد و باید روتوری انتخاب شود که بتواند به سرعت مورد نیاز برای جداسازی نمونه برسد. همچنین، نیروی گریز از مرکز نسبی (RCF) نیز پارامتری مهم است که باید در نظر گرفته شود. RCF، نیرویی است که ذرات را به سمت پایین لوله سانتریفیوژ می‌راند و برای جداسازی ذرات با اندازه و چگالی مختلف، RCF‌های متفاوتی مورد نیاز است.

4. نوع روتور:

روتورها انواع مختلفی دارند که هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب هستند. روتورهای زاویه ثابت، روتورهای زاویه متغیر، روتورهای زونال، روتورهای ایزپیکنیک و روتورهای فیلتر، از جمله انواع رایج روتورها هستند. هر کدام از این روتورها، ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند و انتخاب مناسب‌ترین نوع روتور، به نوع نمونه و نوع جداسازی بستگی دارد.

5. ملاحظات ایمنی:

ایمنی یکی از مهم‌ترین عوامل در انتخاب و استفاده از روتور سانتریفیوژ است. روتور باید به درستی تعادل شود تا از ایجاد لرزش و آسیب دیدن سانتریفیوژ جلوگیری شود. همچنین، روتور باید از مواد با کیفیت و مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده باشد تا در طول زمان دچار آسیب نشود.

عوامل دیگری که ممکن است در انتخاب روتور سانتریفیوژ آزمایشگاهی موثر باشند:

• قیمت روتور: قیمت روتورها متفاوت است و انتخاب روتور با توجه به بودجه نیز مهم است.
• در دسترس بودن قطعات یدکی: در صورت نیاز به تعویض قطعات روتور، در دسترس بودن قطعات یدکی نیز باید مد نظر قرار گیرد.
• سهولت استفاده از روتور: برخی از روتورها استفاده ساده‌تری دارند و برای کاربرانی که تجربه زیادی در کار با سانتریفیوژ ندارند، مناسب‌تر هستند.

در نهایت، انتخاب روتور مناسب نیازمند بررسی دقیق شرایط آزمایشگاهی و نوع نمونه است. بهتر است قبل از انتخاب روتور، با کارشناسان تجهیزات آزمایشگاهی مشورت کنید.

کاربردهای روتور سانتریفیوژ

روتور سانتریفیوژ آزمایشگاهی با ایجاد نیروی گریز از مرکز، جداسازی اجزای مختلف یک مخلوط را ممکن می‌سازد. بسته به نوع روتور، کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف دارد. کاربردهای کلی روتور سانتریفیوژ عبارتند از:

• جداسازی ذرات جامد از مایع: این رایج‌ترین کاربرد سانتریفیوژ است. با ایجاد نیروی گریز از مرکز، ذرات جامد سنگین‌تر به کف لوله رسوب کرده و مایع رویی جدا می‌شود.
• جداسازی مایعات با چگالی متفاوت: روتورها می‌توانند مایعات غیرقابل امتزاج با چگالی‌های مختلف را از هم جدا کنند.
• تهیه سرم و پلاسما: در آزمایشگاه‌های پزشکی، از سانتریفیوژ برای جداسازی سلول‌های خونی از پلاسما یا سرم استفاده می‌شود.
• خالص‌سازی پروتئین‌ها، DNA و RNA: روتورها در فرآیندهای خالص‌سازی بیومولکول‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند.
• تهیه ویروس‌ها: در تولید واکسن و برخی درمان‌های ژنی، سانتریفیوژ برای تغلیظ و خالص‌سازی ویروس‌ها به کار می‌رود.
• جداسازی ایزوتوپ‌ها: در صنایع هسته‌ای، از سانتریفیوژ برای جداسازی ایزوتوپ‌های مختلف یک عنصر استفاده می‌شود.

همچنین باید در نظر داشت که هر یک از انواع روتور سانتریفیوژ آزمایشگاهی، کاربردهای تخصصی خود را دارند. روتور زاویه ثابت برای کارهای روتین آزمایشگاهی مانند جداسازی سلول‌ها، خالص‌سازی پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک بسیار مناسب است. روتور زاویه متغیر به دلیل قابلیت تغییر زاویه لوله‌ها، برای جداسازی ذرات با چگالی بسیار متفاوت و تشکیل باندهای ایزوباند ایده‌آل است. روتور زونال برای جداسازی حجم‌های بزرگ نمونه و تهیه گرادیان‌های چگالی به کار می‌رود. روتور فیلتر برای جداسازی ذرات بسیار ریز و باکتری‌ها طراحی شده است. در نهایت، روتور میکروتیتر مخصوص سانتریفیوژ کردن پلیت‌های میکروتیتر است که در آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی مولکولی کاربرد فراوانی دارد.