سانتریفیوژ دستگاهی است که با استفاده از نیروی گریز از مرکز، اجزای یک محلول را که دارای دانسیته ­های متفاوت می ­باشند، از هم جدا می­ کند. سانتریفیوژ یکی از پر کاربردترین وسایل آزمایشگاهی می ­باشد که برای جدا کردن سرم، تهیه ته نشین ادرار، تهیه فیلترهای فاقد پروتئین و سایر موارد از این وسیله استفاده می­ شود. در استفاده از این وسیله باید زمان سانتریفیوژ و نیروی سانتریفیوژ (relative centrifugal force) RCF  به دقت مشخص و رعایت شود. برای انتخاب سانتریفیوژ بایستی RCF در نظر گرفته شود و تعداد دور در دقیقه (RPM ) اهمیت چندانی ندارد.

در موقع استفاده از سانتریفیوژ به مسئله بالانس توجه کنید، وزن، اندازه و شکل لوله­ های گذاشته شده مقابل یکدیگر باید مشابه باشند. چون عدم بالانس باعث خرابی شافت ( shaft ) و زغال دستگاه شده و مواد به خوبی ته ­نشین نمی­ شوند. در صورت استفاده طولانی­ مدت از سانتریفیوژ مخصوصاً در دورهای بالا، سانتریفیوژ داغ شده و باعث افزایش حرارت نمونه یا محلول داخل خود شده و باعث همولیز و تبخیر آن می­ شود.

سانتریفیوژها برای جدا کردن ذرات از محیط مایع به وسیله رسوب دادن آنها به کار می ­روند. اساس فیزیکی جداسازی اعمال نیروی گریز از مرکز (centrifugal force) بر روی ذرات در حال دوران است که با شعاع میدان دوران و سرعت دوران نسبت مستقیم دارد. ذرات سنگین­ تر زودتر رسوب می­ کنند و بقیه ذرات برحسب وزن مخصوص خود رسوب می­ کنند. سانتریفیوژی که دارای شعاع کمتر است، باید نسبت به سانتریفیوژی که شعاع بیشتری دارد، با سرعت بیشتری بچرخد تا همان نیروی سانتریفیوژ نسبی (RCF) را ایجاد کند.

هرچه شعاع چرخش یک سانتریفیوژ بیشتر باشد، سرعت ته ­نشین شدن ذرات بیشتر است. سانتریفیوژ کردن براساس نیروی گریز از مرکز، دوران حول یک نقطه ثابت و وارد نمودن فشار بر روی فازهای مختلف یک مخلوط انجام می­ گردد. مخلوط می ­تواند به صورت گاز، مایع و یا ترکیب هر دو باشد.

سانتریفیوژهای آزمایشگاه تشخیص طبی، دستگاهی هستند که بوسیله نیروی چرخش دورانی الکتروموتور باعث ته­ نشین شدن مواد مختلف یک مخلوط یا محلول بر اساس اختلاف وزن مولکولی آنها می­ شود. اگر این دستگاه مجهز به شاخک­ های نگه­دارنده لوله باشد، آن را سانتریفیوژ معمولی و اگر مجهز به دیسک یا صفحه دایره ­ای شکل مخصوص جاگذاری لوله­ های موئین باشد آن را سانتریفیوژ میکرو یا هماتوکریت گویند.
به ­طور کلی مبنای اصلی سانتریفیوژ اصل گریز از مرکز است. در حقیقت سانتریفیوژ به کمک نیروی گریز از مرکز، ذرات سوسپانسیون را از مایع آن جدا می کند. همچنین می­ تواند باعث تفکیک دو مایع با تراکم متفاوت گردد. این مایعات می­ توانند  مایعات بدن باشند(مانند خون، سم و ادرار ).

نحوه محاسبه RCF

r = (شعاع از مرکز شافت موتور تا وسط لوله ) شعاع سانتریفیوژ بر حسب  cm

RPM = دور در دقیقه  rate per minute

واحد RCF بر­حسب xg بیان می ­شود.

راه دیگر برای تعیین RCF استفاده از نموگرام می ­باشد.

 انواع سانتریفیوژها

1. Fixed angle / Angle head –  با زاویه ثابت:

در این نوع سانتریفیوژ، لوله­ ها در یک زاویه ثابت قرار گرفته و در هنگام چرخش با همین زاویه می­ چرخد و به سرعت بالایی هم می ­رسد.  head در زاویه بین 40-25 درجه ثابت قرار می گیرد( مثل سروفیوژ ). در این نوع سانتریفیوژ، رسوب به ­صورت مورب در دیواره لوله قرار گرفته و از نوع رسوب loose است.

2. Horizontal head / Swimming bucket / Vertical access  – افقی:

سانتریفیوژهای با جا لوله ­ای متحرک که باعث چرخش لوله­ ها و تغییر موقعیت آنها از عمودی به افقی می­ شود. در این نوع سانتریفیوژ رسوب در ته لوله packed  و محکم است و رسوب از نوع Firm  است.

در طی کار با سانتریفیوژ به علت حرکت موتور آن، حرارت تولید می­ شود و به ازای هر 10 دقیقه سانتریفیوژ، دمای داخل آن تا 5 درجه سانتیگراد بالا می ­رود. ایجاد حرارت بستگی به دور (rpm)، زمان چرخش و طرح قسمت چرخنده (rotor) دارد. این افزایش حرارت باعث همولیز و تبخیر نمونه یا محلول­ها می­ شود، برای سانتریفیوژ کردن موادی که نسبت به افزایش دما حساس هستند، توصیه می­ شود از سانتریفیوژهای یخچال­ دار استفاده شود. ( مثل فرآورده های خونی blood product و آزمایش RIM )

3. اولترا سانتریفیوژ ( Ultra Centrifuge ):

 نوعی از سانتریفیوژ می­ باشد که جزء دسته Fixed Angles می­ باشد. سرعت آنها بسیار زیاد است، مثلاً 200,000 rpm .  برای جدا کردن لیپوپروتئین­ ها و رسپتور اسی (receptor assay ) ضمائم سلولی و رفع کدورت سرم­ های کدر، برای اندازه­ گیری الکترولیت­ ها و سایر تست­ها از این نوع سانتریفیوژ استفاده می­ شود.

نکات لازم در موقع کار با سانتریفیوژ

1. سانتریفیوژ باید کاملا صاف و افقی قرار گیرد تا دستگاه در صورت عدم تعادل در حین کار حرکت نکند. سانتریفیوژ باید روی سطح محکم و صاف قرار گیرد.
2. به مسئله بالانس ( توازن ) توجه کنید. اندازه، وزن، شکل و حجم محلول در لوله­ های مقابل یکدیگر مشابه باشد. اگر تعداد لوله فرد است، از لوله حاوی آب استفاده کنید. بالانس، عمر دستگاه را زیاد می ­کند و زغال دیرتر خراب می­ شود.
3. سانتریفیوژهای میکرو و هماتوکریت نیازی به رعایت موازنه ندارند، چون وزن موتور خیلی بیشتر از وزن و محتویات لوله ­های موئینه است و اثر وزن یک لوله موئینه بسیار ناچیز و قابل چشم ­پوشی است.
4. پیچ تنظیم سرعت سانتریفیوژ باید به آرامی چرخانده و زیاد شود.
5. در صورت شنیدن صدای ناهنجار یا لرزش غیر­عادی فوراً سانتریفیوژ را خاموش کنید.
6. بعد از استفاده از دستگاه، جا لوله ­ای شسته و خشک شوند.
7. تمیز کردن روزانه سانتریفیوژ و ضد عفونی آن با گلوتار آلدئید 1% توصیه می ­شود.
8. برس­ ها، زغال و سایر قسمت­های دستگاه هر 3 ماه یک بار کنترل شده و در صورت لزوم عوض شوند.
9. قسمت­های زنگ ­زده، خورده شده را تراشیده و با گازوئیل تمیز کرده و رنگ­ آمیزی کنید.
10. بعد از شکستن یا ریختن نمونه در سانتریفیوژ فوراً آن را خاموش کنید. پنجره ­ها را باز کنید، 15 دقیقه اتاق را ترک کنید ( تا آئروسل­های بزرگ ته ­نشین و با هوا رقیق شوند ) سپس با ماسک و دستکش با ماده ضد عفونی مناسب آن را تمیز و ضدعفونی کنید ( گلوتار آلدئید 1% )
11. هیچگاه با درب باز سانتریفیوژ را روشن نکنید. تا دو دقیقه پس از توقف کامل سانتریفیوژ، درب آن را باز نکنید. سانتریفیوژهای دارای درب قفل ­دار توصیه می­ شوند.
12. از سرعت بیش از حد لزوم استفاده نکنید.

 کاربرد سانتریفیوژ

1. جدا کردن ذرات از محلول براساس وزن مخصوص
2. جدا کردن دو محلول از هم
3. تهیه فیلترهای فاقد پروتئین ( صاف شده )
4. تهیه سدیمان ( ته­ نشین ) کامل ادرار و سیتولوژی مایعات دیگر بدن
5. جدا کردن سرم و پلاسما از گلبول­ ها

 تقسیم ­بندی سانتریفیوژها

الف – تقسیم ­بندی براساس سرعت:

1. سانتریفیوژهای با دور بالا
2. سانتریفیوژهای با دور پایین
3. اولترا سانتریفیوژها

در گروه اول یعنی سانتریفیوژهای با دور بالا، سرعت دور تند بین 24000-21000 rpm تا حداکثر 30000 rpm  می­ باشد. از این سانتریفیوژها بیشتر جهت تهیه فرآورده ­های خونی استفاده گشته و همگی یخچال ­دار هستند. دو نوع سانتریفیوژ با دور بالا وجود دارد:

• سانتریفیوژ کم ظرفیت
• سانتریفیوژ پر ظرفیت

سانتریفیوژهای کم ظرفیت مدل Discrete Sampling می­ توانند میکروارگانیسم ­ها، سلول­ ها، ویروس ­ها و اورگانل ­های سلولی را جدا نمایند. سانتریفیوژهای پرظرفیت مدل Continuos Flow برای جداسازی مخمرها، باکتری­ها و ویروس­ها از محیط کشت، پروتئین­ها و باکتریوفاژها از نمونه­ های رقیق شده کاربرد دارند.

در گروه دوم یعنی سانتریفیوژهای با دور پایین، دور دوران بین 6000 – 2000 rpm  تا حداکثر 8000 rpm  بوده و در هر دو نوع یخچال­ دار و بدون یخچال موجود می­ باشند. بیشتر جهت سانتریفیوژ کردن سلول­های خونی یا ذرات حجیم استفاده شده و برای جداسازی ذرات ریز سرعت آنها کافی نیست.

در اولترا سانتریفیوژها معادل 100000 – 75000 rpm  تا حداکثر 120000 rpm می ­باشد. اولترا سانتریفیوژها برای تفکیک مواد تشکیل­ دهنده سلولی کاربرد داشته و همگی دارای یخچال می­ باشند. زیرا در دورهای بالا اصطکاک هوا باعث گرم شدن دستگاه شده و در نتیجه منجر به تخریب پروتئین­ ها خواهد شد. اولتراسانتریفیوژها به طور معمول در مراکز تحقیقاتی استفاده می­ شوند.

ب – تقسیم ­بندی براساس شناور، زاویه ثابت و محوری بودن:

• سانتریفیوژهای شناور Horizontal / Swing bucket /Swing out head

در این نوع سانتریفیوژها (سانتریفیوژهای شناور)، جایگاه قرار گرفتن نمونه­ ها طبق نیروی ثقل عمود بر زمین بوده، اما با شروع حرکت، ابتدا از حالت عمودی خارج شده و زاویه پیدا می کند. سپس کاملاً شناور گشته و طبق نیروی گریز از مرکز به سمت خارج و به حالت افقی با سطح زمین در می ­آیند. لذا به آن نوع شناور یا swing  گفته می­ شود. به طور خلاصه در این نوع سانتریفیوژ در حالت توقف وضعیت عمودی و در حالت دوران نمونه­ ها وضعیت افقی با سطح زمین دارند.

در این نوع سانتریفیوژ ذرات معلق بر اثر نیروی گریز از مرکز به بخش خارجی یعنی انتهای لوله ­ها رانده شده و رسوب به صورت یک لایه تقریباً یکنواخت در ته لوله تشکیل می­ گردد. در پایان عمل لوله ­های حاوی نمونه مجدداً به حالت عمودی درآمده، رسوب در ته لوله و محلول شفاف در بالای آن قرار می­ گیرد. می­ توان با پیپت پاستور یا سمپلر، مایع فوقانی را از رسوب جدا کرد. در صورتی که دور سانتریفیوژ بالا باشد و یا زمان دوران افزایش یابد، می­ توان حتی رسوب را از محلول فوقانی جدا کرد.

• سانتریفیوژهای زاویه ثابت Fixed angle / Angle head  

لوله حاوی نمونه نسبت به محور دوران یک زاویه ثابت دارد. این زاویه از 25 تا 45 درجه می­تواند متغیر باشد. در این نوع سانتریفیوژ نیز ذرات معلق بر اثر نیروی گریز از مرکز به سمت خارج از محور دوران رانده می­ شوند. اما برخلاف سانتریفیوژهای شناور، رسوب در جدار و بخشی از کف لوله که در قسمت خارجی محور دوران قرار دارد، رانده می­ شود. البته هر قدر این زاویه نسبت به محور دوران کمتر باشد، رسوب بیشتر در جداره تشکیل می­ گردد و اگر زاویه بیشتر باشد، رسوب بیشتر در کف تشکیل می­ گردد. از آنجایی که شکل آئرودینامیک چرخاننده اجازه دوران در دور بالاتر و رسوب ذرات ریزتر را می ­دهد، لذا میزان رسوب­دهی این نوع سانتریفیوژها از نوع شناور بالاتر است.

• سانتریفیوژهای محوریAxial

در واقع، لوله حاوی نمونه در طول محور عمودی خود دوران می ­کند ( بر خلاف سانتریفیوژهای معمولی که در طول محور افقی دوران می ­کنند.) این دستگاه ­ها به طور تجاری برای مقاصد بالینی در دسترس می­ باشند. معمولاً خون بیمار در لوله­ های سپتوم ­دار وکیوم شده، نمونه ­گیری گشته، سپس در جایگاه مخصوص خود به نام Axial Separation Module قرار داده شده و به طور خودکار در طول محور عمودی خود شروع به دوران می ­کند. ممکن است یک سوزن از طریق درب پلاستیکی ( سپتوم ) داخل لوله شده و از قسمت مرکزی، نمونه شفاف شده را برداشت کند. در این روش ذرات معلق که می­ توانند سلول­های خونی باشند، به قسمت محیطی لوله ­ها رانده می­ شوند. در انواع تجاری این دستگاه ­ها کل فرآیند جداساز در طی 70 ثانیه کامل می­ گردد که زمان مناسبی می ­باشد.

اساس روش سانتریفیوژها

اساس سانتریفیوژ حرکت دورانی حول یک محور ثابت است. افزایش قدرت نیروی سانتریفیوژ بستگی به شعاع دوران و سرعت دوران دارد. این نیرو، نیروی نسبی سانتریفیوژ ( Relative Centrifugal Force ) یا RCF  نامیده می­ شود که بر اساس ضریبی از g بیان می­ گردد.

چگونگی مقایسه سانتریفیوژ­ها:

مقایسه سانتریفیوژ­ها بر­اساس RCF است که توانایی تفکیک یک سانتریفیوژ را به خوبی مشخص می ­کند. اثر RCF  بر روی یک نمونه به فاصله ثابت نمونه از مرکز چرخش بستگی دارد. به علت اینکه فاصله عمق نمونه با قسمت­های سطحی آن از مرکز متفاوت است. اثر RCF بر روی نواحی عمقی یک نمونه بیشتر از نواحی سطحی آن خواهد بود.

عمل سانتریفیوژ از سه طریق اصلی اجرا می­ شود که عبارتند از:

1. رسوب­دهی تمایزی Differential Pelleting
2. سرعت منطقه ­ای Rate – Zonal
3. ایزوپیکریک Isopycric

در روش رسوب­دهی تمایزی ابتدا ذرات تقریباً به طور یکنواخت در محلول معلق هستند. با شروع کار سانتریفیوژ، ذرات با سرعت­ های متفاوت به سمت انتهای لوله یا در جهت نیروی سانتریفیوژ حرکت می­ کنند. روش رسوب­دهی تمایزی در اصل جداسازی در محیط یکنواخت می ­باشد. در روش سرعت منطقه ­ای جداسازی به سرعت نسبی مناطق مختلف بستگی دارد. اما در روش ایزوپیکریک به دانسیته ذرات شناور در محیط وابسته است. در روش­ های فوق ذرات مختلف به صورت نوارهایی در طول گرادیان محیط در اثر سانتریفیوژ جدا می ­شوند.