Ultrawirówka

Ultrawirówka to wirówka zoptymalizowana do wirowania wirnika z bardzo dużymi prędkościami, zdolna do generowania przyspieszenia dochodzącego do 1 000 000 g (ok. 9 800 km/s² ) . Istnieją dwa rodzaje ultrawirówek, ultrawirówki preparatywne i analityczne. Obie klasy instrumentów znajdują ważne zastosowania w biologii molekularnej , biochemii i nauce o polimerach .

Historia

W 1924 roku Theodor Svedberg zbudował wirówkę o mocy 7 000 g (przy 12 000 obr./min) i nazwał ją ultrawirówką, aby zestawić ją z opracowanym wcześniej ultramikroskopem . W latach 1925-1926 Svedberg skonstruował nową ultrawirówkę, która pozwalała na pola do 100 000 g (42 000 obr./min). Nowoczesne ultrawirówki są zazwyczaj klasyfikowane jako pozwalające na więcej niż 100 000 g. Svedberg otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1926 roku za badania nad koloidami i białkami przy użyciu ultrawirówki.

Ultrawirówka próżniowa została wynaleziona przez Edwarda Greydona Pickelsa na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Wirginii . To jego wkład podciśnienia pozwolił na zmniejszenie tarcia powstającego przy dużych prędkościach. Systemy próżniowe umożliwiły również utrzymanie stałej temperatury w całej próbce, eliminując prądy konwekcyjne , które utrudniały interpretację wyników sedymentacji.

Porównanie numerów seryjnych 1 i 1000 ultrawirówki analitycznej Spinco Model E, 1965

W 1946 roku Pickels był współzałożycielem Spinco (Specialized Instruments Corp.), aby sprzedawać analityczne i preparatywne ultrawirówki oparte na jego projekcie. Pickels uznał swój projekt za zbyt skomplikowany do użytku komercyjnego i opracował łatwiejszą w obsłudze, „niezawodną” wersję. Ale nawet przy udoskonalonej konstrukcji sprzedaż wirówek analitycznych pozostawała niska, a Spinco prawie zbankrutowało. Firma przetrwała koncentrując się na sprzedaży modeli ultrawirówek preparatywnych, które stawały się popularnymi końmi roboczymi w laboratoriach biomedycznych. W 1949 roku firma Spinco wprowadziła model L, pierwszą ultrawirówkę preparatywną, która osiągnęła maksymalną prędkość 40 000 obr./min . . W 1954 roku Beckman Instruments (później Beckman Coulter ) kupił firmę, tworząc podstawę działu wirówek Spinco.

Oprzyrządowanie

Ultrawirówki są dostępne z szeroką gamą rotorów odpowiednich do szerokiej gamy eksperymentów. Większość rotorów jest zaprojektowana do przechowywania probówek zawierających próbki. Obrotowe wirniki kubełkowe umożliwiają zawieszenie probówek na zawiasach, dzięki czemu rury zmieniają orientację do poziomu, gdy wirnik początkowo przyspiesza. Rotory o stałym kącie są wykonane z jednego bloku materiału i utrzymują rury we wnękach wywierconych pod określonym kątem. Wirniki strefowe są przeznaczone do przechowywania dużej objętości próbki w pojedynczej centralnej komorze, a nie w probówkach. Niektóre wirniki strefowe są zdolne do dynamicznego ładowania i rozładowywania próbek, podczas gdy wirnik obraca się z dużą prędkością.

Wirniki preparatywne są stosowane w biologii do peletowania drobnych frakcji cząstek stałych, takich jak organelle komórkowe ( mitochondria , mikrosomy , rybosomy ) i wirusy . Mogą być również stosowane do gradientowych , w których probówki są wypełniane od góry do dołu rosnącym stężeniem gęstej substancji w roztworze. Gradienty sacharozy są zwykle stosowane do rozdzielania organelli komórkowych. Gradienty cezu sole są używane do rozdzielania kwasów nukleinowych. Po wirowaniu próbki z dużą prędkością przez czas wystarczający do rozdzielenia, rotor może płynnie się zatrzymać i gradient jest delikatnie wypompowywany z każdej probówki w celu wyizolowania rozdzielonych składników.

Zagrożenia

Ogromna energia kinetyczna ruchu obrotowego wirnika działającej ultrawirówki sprawia, że katastrofalna awaria obracającego się wirnika jest poważnym problemem, ponieważ może on wybuchnąć w spektakularny sposób. Wirniki konwencjonalnie były wykonane z metali o wysokiej wytrzymałości w stosunku do wagi, takich jak aluminium lub tytan. Naprężenia związane z rutynowym użytkowaniem i agresywnymi roztworami chemicznymi ostatecznie powodują niszczenie wirników. Właściwe użytkowanie instrumentu i rotorów w zalecanych granicach oraz ostrożna konserwacja rotorów w celu zapobiegania korozji i wykrywania pogorszenia jakości jest niezbędne do ograniczenia tego ryzyka.

Niedawno niektóre wirniki zostały wykonane z lekkiego materiału kompozytowego z włókna węglowego, które są do 60% lżejsze, co skutkuje szybszymi prędkościami przyspieszania/zwalniania. Wirniki kompozytowe z włókna węglowego są również odporne na korozję, eliminując główną przyczynę awarii wirnika.

Zobacz też

Linki zewnętrzne