צנטריפוגות הן אחד המכשירים המרכזיים והנפוצים ביותר במעבדות מדעיות. הן מאפשרות הפרדה מהירה ומדויקת של מרכיבים שונים בתמיסה באמצעות כוח צנטריפוגלי. כאשר מדובר בדגימות רגישות לחום, נדרש פתרון מתקדם יותר: צנטריפוגות מקוררות (Refrigerated Centrifuges).
מכשירים אלו משלבים מערכת קירור מדויקת יחד עם סיבוב במהירויות גבוהות, ובכך מאפשרים הפרדה יעילה תוך שמירה על יציבות ביולוגית וכימית של הדגימה.
מהי צנטריפוגה מקוררת?
צנטריפוגה מקוררת היא צנטריפוגה מעבדתית הכוללת מערכת קירור פנימית השומרת על טמפרטורה קבועה בתוך תא הסיבוב במהלך הפעולה.
בעת סיבוב במהירויות גבוהות נוצר חיכוך עם האוויר ועם המנוע, אשר עלול לגרום לעלייה בטמפרטורה. עבור דגימות ביולוגיות רבות, אפילו עלייה קטנה בטמפרטורה יכולה לגרום:
פירוק חלבונים
דנטורציה של אנזימים
פגיעה ב-DNA או RNA
שינוי מבני של תאים
לכן צנטריפוגות מקוררות שומרות בדרך כלל על טווח טמפרטורה של -20°C עד +40°C, כאשר הטמפרטורה הנפוצה ביותר בעבודה ביולוגית היא 4°C.
כיצד פועלת צנטריפוגה מקוררת?
העיקרון הפיזיקלי זהה לכל צנטריפוגה: שימוש בכוח צנטריפוגלי להפרדת חלקיקים לפי מסה וצפיפות.
שלבי הפעולה
הכנסת הדגימות למבחנות או בקבוקי צנטריפוגה
הצבת המבחנות ברוטור מאוזן
סגירת תא הצנטריפוגה
קביעת מהירות סיבוב (RPM או RCF)
קביעת טמפרטורת העבודה
התחלת הסיבוב
במהלך הסיבוב:
חלקיקים כבדים נעים כלפי חוץ
חלקיקים קלים נשארים קרובים למרכז
נוצרת הפרדה ברורה בין שכבות החומר
מערכת הקירור פועלת במקביל ושומרת על טמפרטורה יציבה לאורך כל התהליך.
מדוע קירור חשוב בצנטריפוגה?
שמירה על יציבות ביולוגית
חומרים ביולוגיים רבים רגישים מאוד לחום. דוגמאות:
אנזימים
חלבונים
דגימות דם
RNA ו-DNA
קירור מונע פירוק ומאפשר ניתוח מדויק ואמין יותר.
מניעת דנטורציה של חלבונים
חלבונים עלולים לשנות מבנה כאשר הטמפרטורה עולה. שינוי כזה עלול לגרום:
אובדן פעילות ביולוגית
שיבוש תוצאות ניסוי
פגיעה באיכות הדגימה
הפחתת פעילות אנזימטית
בדגימות רבות קיימים אנזימים שמפרקים DNA או RNA. קירור ל-4°C מפחית משמעותית פעילות זו.
שמירה על שלמות תאים ואברונים
כאשר מבצעים הפרדה של:
מיטוכונדריה
גרעיני תאים
ליזוזומים
שמירה על טמפרטורה נמוכה מונעת פירוק של מבנים אלו.
סוגי צנטריפוגות מקוררות במעבדות
צנטריפוגות שולחניות מקוררות (Benchtop Refrigerated Centrifuges)
אלו הן הצנטריפוגות הנפוצות ביותר במעבדות ביולוגיות.
מאפיינים:
שימושים נפוצים:
הפרדת פלזמה מדם
הכנת דגימות PCR
עבודה עם RNA ו-DNA
צנטריפוגות רצפתיות מקוררות (Floor Standing Refrigerated Centrifuges)
מכשירים גדולים יותר המיועדים לנפחים גדולים.
מאפיינים:
קיבולת גבוהה
רוטורים גדולים
מהירויות גבוהות
מערכות קירור חזקות
שימושים:
אולטרה צנטריפוגות מקוררות (Ultracentrifuges)
מכשירים מתקדמים במיוחד.
מאפיינים:
מהירויות עד 100,000 RPM
כוח צנטריפוגלי עצום
מערכת קירור מתקדמת
שימושים:
תחומי שימוש מרכזיים לצנטריפוגות מקוררות
מעבדות קליניות
בתי חולים ומעבדות אבחון משתמשים בצנטריפוגות מקוררות ל:
הפרדת סרום ופלזמה
בדיקות המטולוגיות
בדיקות ביוכימיות
מחקר מולקולרי
בתחום הביולוגיה המולקולרית משתמשים בצנטריפוגות מקוררות עבור:
בידוד DNA
הפקת RNA
ניקוי חלבונים
הכנת דגימות לריצוף גנטי
ביוטכנולוגיה ופרמצבטיקה
חברות ביוטכנולוגיה משתמשות בצנטריפוגות אלו ל:
מחקר אקדמי
אוניברסיטאות ומכוני מחקר משתמשים בצנטריפוגות מקוררות כמעט בכל תחום ביולוגי:
ביוכימיה
מיקרוביולוגיה
גנטיקה
ביולוגיה תאית
פרמטרים חשובים בבחירת צנטריפוגה מקוררת
בחירת צנטריפוגה מתאימה למעבדה דורשת התייחסות למספר גורמים טכניים.
מהירות סיבוב (RPM)
המהירות קובעת את כוח ההפרדה.
דוגמאות:
כוח צנטריפוגלי (RCF)
הפרמטר החשוב ביותר בפועל הוא RCF - Relative Centrifugal Force.
הוא תלוי ב:
מהירות הסיבוב
רדיוס הרוטור
טווח טמפרטורה
צנטריפוגות איכותיות מאפשרות:
-20°C עד +40°C
בקרת טמפרטורה מדויקת
סוג הרוטור
ישנם מספר סוגי רוטורים:
Fixed Angle Rotor
הרוטור הנפוץ ביותר. מתאים להפרדה מהירה.
Swing Bucket Rotor
מתאים להפרדת שכבות וליישומים קליניים.
Vertical Rotor
משמש בעיקר באולטרה צנטריפוגות.
קיבולת
יש להתאים את המכשיר לנפח הדגימות:
מיקרו-מבחנות
מבחנות 15 מ"ל
מבחנות 50 מ"ל
בקבוקי צנטריפוגה גדולים
יתרונות מרכזיים של צנטריפוגות מקוררות
צנטריפוגות מקוררות מציעות מספר יתרונות משמעותיים לעומת צנטריפוגות רגילות:
