Что такое центрифугирование? Определение и принцип метода

Принцип центрифугирования

Рассмотрим более детально определение. Центрифугирование – это воздействие на вещества путем сверхскоростного вращения в специализированном аппарате. Главной частью любой центрифуги выступает ротор, который содержит гнезда для установки пробирок с материалом, что подлежит сепарации на отдельные фракции.

Во время вращения ротора на повышенных скоростях в действие вступает центробежная сила. Вещества, помещенные в пробирки, разделяются на различные субстанции согласно уровню плотности.

Преимущества метода

• Левиков,

Д.А.

Метод используется для дифференцировки сложной

кровяной смеси, мочи или кала, с последующим

выделением из нее гельминтов для дальнейшего

изучения под микроскопом и фиксации материала. В


процессе центрифугирования имеющиеся в пробе

паразиты проходят через фильтр и скапливаются в

нижнем коническом отсеке пробирки. Сетка фильтра

со специально подобранными по размеру ячейками

в пробирке расположена вертикально, в результате

чего происходит горизонтальная (латеральная)

фильтрация пробы. В результате чего, грубые


частицы непереваренной пищи, клетчатка оседают в

смесительной камере, а паразиты и их яйца

беспрепятственно проходят через фильтр. Таким

образом, паразиты концентрируются в

поверхностном слое мелкодисперсного осадка, и

врачу-лаборанту остается только аккуратно отобрать

образец для микроскопирования с помощью

автоматической пипетки и нанести его на

предметное стекло.

• Метод дифференциального

центрифугирования используется для

фракционирования клеток, т. е. расслоения их

содержимого на фракции в зависимости от удельного

веса различных органоидов и клеточных включений.

Для этого тонко измельченные клетки вращают в

специальном аппарате – ультрацентрифуге. В

результате центрифугирования компоненты клеток

выпадают в осадок из раствора, располагаясь в


соответствии со своей плотностью. Более плотные

структуры осаждаются при более низких скоростях

центрифугирования, а менее плотные – при высоких

скоростях. Полученные слои разделяют и изучают

отдельно.

Метод центрифугирования в градиенте плотности Брак-ке можно

использовать как для выделения, так и для получения


количественных характеристик вирусов растений. Как оказалось,

этот метод таит в себе многие возможности и в настоящее время

широко используется в области вирусологии и молекулярной

биологии. При проведении исследований методом

центрифугирования в градиенте плотности центрифужную пробирку

частично наполняют раствором, плотность которого уменьшается в


направлении от дна к мениску. Для создания градиента при

фракционировании вирусов растений наиболее часто используют

сахарозу. Перед началом центрифугирования частицы вируса могут

быть либо распределены во всем объеме раствора, либо нанесены на

вершину градиента. Бракке предложил три различных приема


центрифугирования в градиенте плотности. При изопикпическом

(равновесном) центрифугировании процесс продолжается до тех пор,

пока все частицы в градиенте не достигнут уровня, где плотность

среды равна их собственной плотности. Таким образом,

фракционирование частиц происходит в этом случае в соответствии с

различиями в их плотности. Растворы сахарозы не обладают

достаточной плотностью для изопикнического разделения многих

вирусов. При скоростном зональном центрифугировании вирус


сначала наносят па предварительно созданный градиент. Частицы

каждого типа седиментируют при, этом через градиент в виде зоны,

или полосы, со скоростью, зависящей от их размера, формы и

плотности. Центрифугирование при этом заканчивают, когда частицы

еще продолжают седиментировать. Равновесное зональное

центрифугирование сходно со скоростным зональным

центрифугированием, по в этом случае центрифугирование

Применение метода дифференциального центрифугирования


сопряжено со многими методическими трудностями. Во первых, при

выделении частиц можно повредить их структуру. Поэтому

потребовалось разработать специальные методы разрушения клеток,

которые бы не вызывали повреждения структуры субклеточных

фракций. Во вторых, поскольку субклеточные частицы обладают

мембранами, в процессе их выделения могут возникать

разнообразные осмотические эффекты. Следовательно, для того

чтобы ультраструктура исследуемых объектов не была разрушена


еще при их выделении, необходимо тщательно подбирать состав

среды, в которой производится разрушение клеток и осаждение

частиц. И наконец, отмывание субклеточных частиц

(ресуспендирование их в среде и последующее повторное

центрифугирование) может приводить к потере некоторых

содержащихся в них веществ, которые под действием сил диффузии


переходят в раствор.

В связи с этим иногда бывает трудно понять, какие из малых молекул

действительно являются элементами исследуемых структур, а какие

просто были адсорбированы их поверхностью в процессе выделения.

Такое положение затрудняет точное определение некоторых

функциональных свойств выделенных объектов.

• Левиков,

Д.А.

предметное стекло.


отдельно.

Впервые стало известно, что такое центрифугирование, после опытов, проведенных ученым А. Ф. Лебедевым. Метод был разработан исследователем с целью определения состава почвенных вод.

Ранее в данных целях использовали отстаивание жидкости с последующим отделением от нее твердых образцов. Разработка метода центрифугирования позволила справляться с этой задачей гораздо быстрее.

По сравнению с прочими методами, направленными на разделение отдельных субстанций, такими как фильтрование или отстаивание, центрифугирование дает возможность получать осадок с минимальным показателем влажности.

Применение такого способа сепарации позволяет разделять тонкодисперсные суспензии. Результатом становится получение частиц размером в 5-10 мкм. Еще одним важным преимуществом центрифугирования выступает возможность его выполнения при помощи аппаратуры малых объемов и габаритов.

ПОДРОБНЕЕ:   Что такое lsin в цитологии

В биологии к сепарации веществ на отдельные субстанции прибегают при необходимости подготовки препаратов для исследования под микроскопом. Центрифугирование здесь производится на сложных устройствах – цитороторах.

Такие аппараты помимо слотов для пробирок комплектуются держателями образцов, всевозможными предметными стеклами непростой конструкции. От устройства центрифуги при проведении исследований в биологии напрямую зависит качество получаемых материалов и, соответственно, количество полезной информации, которую можно почерпнуть из результатов анализа.

Центрифуги: основные типы

Клиническая цитология включает ряд высокоспециализированных методов, разработанных для решения различных диагностических задач. Объект исследования в клиническом цитологическом анализе – клетки различных органов и тканей.

Наиболее широкое распространение исследование морфологии клеток получило в диагностике новообразований.

По результатам цитологических исследований:

  • можно дифференцировать доброкачественные и злокачественные опухоли,
  • определить степень риска опухолевого перерождения (малигнизации) клеток,
  • диагностировать ранние стадии онкологических процессов,
  • оценивать контроль эффективности онкотерапии.

Этот вид лабораторной диагностики также:

  • применяется в гинекологии для установления беременности и выявления гормональных патологий,
  • входит в схемы диагностики инфекционных, гематологических и иммунологических заболеваний, болезней органов дыхания и мочевыделительной системы,
  • используется в гастроэнтерологии, неврологии и других областях медицины.

Учитывая сложность работы с клеточным материалом в процессе ручной подготовки препарата, специфичность классического анализа невысока и колеблется в пределах 40-70%, количество ложно-негативных результатов может составлять от 4 до 40%.

При этом исследование занимает достаточно большое количество времени, в результате чего увеличивается его себестоимость и снижается пропускная способность лаборатории.

Для устранения диагностических ошибок и повышения информативности цитологического анализа в современных клинических лабораториях применяется высокотехнологичное оборудование, а также внедряются прогрессивные методы, в число которых входит жидкостная тонкослойная цитология.

Ключевое преимущество жидкостной цитологии – использование для подготовки препаратов специализированных цитологических центрифуг, в роторах которых фиксируются держатели с жидкими образцами и предметные стекла.

Такой способ пробоподготовки позволяет стандартизировать данный процесс, в результате чего эффективность исследования значительно увеличивается. При этом скорость и удобство работы, а также качество готовых образцов во многом зависят от технологических особенностей и надежности цитоцентрифуги.

На современном рынке лабораторного оборудования для клинической диагностики цитоцентрифуги Centurion Scientific не имеют аналогов по функциональности и безопасности работы, а также отличаются рядом других объективных преимуществ.

Конструкция центрифуг для цитологического анализа позволяет работать с образцами любого размера. Каждая модель поддерживает 10 режимов разгона и торможения двигателя, благодаря чему оператор может задать оптимальные условия центрифугирования материала, полученного из различных органов и тканей. Плавное ускорение предупреждает нарушение целостности клеток.

С учетом вышесказанного, цитоцентрифуги этой марки идеально приспособлены для подготовки абсолютного большинства цитологических препаратов и исследования клеток различных органов.

Для оптимизации рабочего времени персонала центрифуги оборудуются звуковым сигналом, оповещающим оператора об окончании процесса или возникших проблемах.

отдельно.

отдельно.

Мы разобрались, что такое центрифугирование. Теперь давайте выясним, какие аппараты применяются для реализации метода. Центрифуги бывают закрытыми и открытыми, с механическим или ручным приводом.

Основной рабочей частью ручных открытых приборов выступает вращающаяся ось, расположенная вертикально. В ее верхней части перпендикулярно закреплена планка, где располагаются подвижные металлические гильзы.

В них помещаются специальные пробирки, зауженные в нижней части. На дно гильз укладывают вату, что позволяет избежать повреждения стеклянной пробирки при соприкосновении с металлом.

Далее аппарат приводят в движение. По истечении некоторого времени происходит отделение жидкости от твердых взвешенных частиц. После этого ручную центрифугу останавливают.

Механические центрифуги закрытого типа обладают большим количеством гильз для размещения пробирок. Такие приборы более удобны по сравнению с ручными. Их роторы приводятся в движение мощными электромоторами и способны разгоняться до 3000 оборотов в минуту.

Сверхцентрифуги

Проведение цитологического исследования включает три последовательных стадии:

  • получение цитологического материала;
  • пре-аналитическая подготовка;
  • изучение препарата, описание микроскопической картины и формирование заключения.

Скорость, информативность и экономическая эффективность анализа напрямую зависят от компетентности и опыта цитолога, используемых технологий и оборудования.

Серия Centurion Scientific PrO-Cyt разработана инженерами британской компании с использованием современных материалов и инновационных технологий, включая эксклюзивные конструкторские решения.

Центрифуги изготавливаются в компактном эргономичном корпусе из металлических сплавов и композитных материалов, отличаются небольшим весом, повышенной прочностью и устойчивостью к действию агрессивных сред.

Все модели и оснащаются:

  • утолщенными камерами из высокосортной нержавеющей стали с защитным барьерным кольцом;
  • крышками с многоточечными электронными замками, системой автоматической блокировки, газовыми амортизаторами и технологией аварийного открытия;
  • мощными, надежными и малошумными бесщеточными двигателями;
  • высокотехнологичными системами распределения воздушного потока;
  • инверторами промышленного уровня от ведущих мировых производителей с возможностью индивидуальной настройки параметров;
  • датчиками дисбаланса, превышения скорости и перегрева двигателя;
  • технологиями распознавания типа ротора, импульсного режима работы, запуска с заданной скоростью или заданным ускорением (с шагом 10 об/мин);
  • таймером.
ПОДРОБНЕЕ:   Беременность мажет после цитологии

Цитоцентрифуги PrO-Cyt безопасны, чрезвычайно просты в эксплуатации и уходе, полностью отвечают стандартам качества, предъявляемым к медицинскому оборудованию этого типа: ЕС; IEC; EN/IEC 61326-1, Класс B.

Название Назначение
Уплотняющая крышка ротора Обеспечивает надежную герметизацию в процессе приготовления образца
Одинарные (объемом до 1 и до 6 мл) и двойные (объемом до 6 мл) Держатели образцов с фильтрами В держатели помещаются жидкие образцы (суспензии) с клеточным материалом
Предметные стекла В процессе центрифугирования на предметных стеклах осаждается монослой клеток
Клипсы-зажимы Предназначаются для крепления в роторе держателей с фильтрами и предметных стекол

1)Центробежное фильтрование.

2)Центробежное отстаивание.

3)Центробежное осветление.

Для разделения составляющих чрезвычайно тонких суспензий недостаточно применения обычных ручных либо механических центрифуг. В данном случае требуется более внушительное воздействие на вещества со стороны центробежных сил. При реализации таких процессов применяются сверхцентрифуги.

Аппараты представленного плана оснащаются глухим барабаном в виде трубки незначительного диаметра – не более 240 мм. Длина такого барабана значительно превышает его сечение, что дает возможность в значительной степени повысить количество оборотов и создать мощнейшую центробежную силу.

В сверхцентрифуге исследуемое вещество поступает внутрь барабана, движется по трубке и ударяется о специальные отражатели, что отбрасывают материал на стенки прибора.

К достоинствам сверхцентрифуг относятся:

  • абсолютная герметичность;
  • высочайшая интенсивность сепарации веществ;
  • компактные размеры;
  • возможность разделения субстанций на молекулярном уровне.

Этапы центрифугирования

Дифференциальное центрифугирование начинается с отстаивания веществ, что подлежат исследованию. Такая обработка материала происходит в аппаратах-отстойниках.

В ходе отстаивания частицы вещества разделяются под воздействием гравитации. Это позволяет подготовить субстанции к более качественной сепарации с помощью центробежных сил.

Далее вещества в пробирках подвергаются фильтрации. На этом этапе применяются так называемые перфорированные барабаны, что предназначаются для отделения жидких частиц от твердых.

6. Центробежное осветление

Центробежное фильтрование представляет собой

процесс разделения суспензий в центрифугах с

дырчатыми барабанами . Внутренняя поверхность

такого барабана покрыта фильтровальной тканью.

Суспензия центробежной силой отбрасывается к

стенкам барабана, при этом твёрдая фаза остаётся на

поверхности ткани, а жидкость под действием


центробежной силы проходит сквозь слой осадка и

ткань удаляется наружу через отверстия в барабане.

Центробежное фильтрование обычно складывается из

1)фильтрование с образованием осадка;

2)уплотнение осадка;


3)удаление из осадка жидкости, удерживаемой

молекулярными силами;

Центробежное отстаивание

Центробежное отстаивание — процесс разделения

суспензий в центрифугах, имеющих барабаны со

сплошными стенками. Суспензия вводится в нижнюю

часть барабана и под действием центробежной силы

отбрасывается к стенкам. У стенок образуется слой

осадка, а жидкость образует внутренний слой и


вытесняется из барабана поступающей на разделение

суспензией. Жидкость при этом поднимается кверху,

переливается через закраину барабана и удаляется

наружу.

1)Осаждение твёрдой фазы.

2)Уплотнение осадка.

• Центробежное осветление — процесс разделения

тонких суспензий и коллоидных растворов. Так


же проводится в сплошных барабанах.

• По физической сущности центробежное

осветление представляет собой процесс

свободного осаждения твёрдых частиц в поле

центробежных сил.

• В барабанах со сплошными стенками

производится так же разделение эмульсий. Под

действием центробежной силы компоненты

эмульсии в соответствии с плотностью


наружного слоя жидкости с большей плотностью

и внутреннего слоя более лёгкой жидкости.

Жидкости выводятся из барабана порознь.

В клинических и санитарногигиенических лабораториях

центрифугирование используют

для отделения эритроцитов от

плазмы крови, сгустков крови от


сыворотки, плотных частиц от

жидкой части мочи и т. д. Для

этой цели применяют или

ручные центрифуги, или

центрифуги с электроприводом,

скорость вращения которых

можно регулировать.


Ультрацентрифуги, скорость

вращения роторов которых

превышает 40 000 об/мин,

применяют обычно в

экспериментальной практике

для разделения органелл

клеток, отделения коллоидных


частиц, макромолекул,

полимеров.

наружу.

центробежных сил.

применяют обычно в


полимеров.

Центрифугирование в нефтеперерабатывающей промышленности

Метод центрифугирования незаменим при добыче нефти. Существуют углеводородные ископаемые, из которых не полностью выделяется вода при дистилляции. Центрифугирование дает возможность убрать лишнюю жидкость из состава нефти, повысив ее качество.

В данном случае нефть растворяют в бензоле, затем нагревают до 60 оС, а затем подвергают воздействию центробежной силы. В завершение замеряют количество оставшейся воды в веществе и при необходимости повторяют процедуру.

Центрифугирование крови

Этот метод широко применяется для лечебных целей. В медицине он позволяет решать следующий ряд задач:

  1. Получение очищенных образцов крови для проведения плазмафереза. В данных целях в центрифуге отделяют форменные элементы крови от ее плазмы. Операция дает возможность избавить кровь от вирусов, избыточных антител, болезнетворных бактерий, токсинов.
  2. Подготовка крови для донорского переливания. После разделения телесной жидкости на отдельные фракции при помощи центрифугирования донору возвращают клетки крови, а плазма применяется для переливания либо замораживается в целях последующего использования.
  3. Выделение тромбоцитарной массы. Субстанцию получают из плазмы крови, обогащенной тромбоцитами. Полученную массу используют в хирургических и гематологических отделениях медицинских учреждений, в неотложной терапии, операционных. Применение тромбоцитарной массы в медицине дает возможность улучшить свертываемость крови у пострадавших.
  4. Синтез эритроцитарной массы. Центрифугирование клеток крови происходит путем деликатной сепарации ее фракций согласно специальной методике. Готовую массу, богатую эритроцитами, используют для переливания при кровопотерях, операциях. Эритроцитарная масса нередко применяется в целях лечения анемии, прочих заболеваний крови системного характера.

В современной медицинской практике применяется немало приборов нового поколения, которые дают возможность разгонять вращающийся барабан до определенной скорости и останавливать его в определенный момент.

Это позволяет более точно разделять кровь на эритроциты, тромбоциты, плазму, сыворотку и сгустки. Аналогичным способом исследуются прочие телесные жидкости, в частности сепарируются вещества в составе мочи.

ПОДРОБНЕЕ:   Что такое цитологическое исследование анализ

10. Центрифугирование в ботанике и физиологии растений

Центрифугирование позволяет получить различные


фракции субклеточных частиц и исследовать

свойства и функции каждой фракции в

отдельности. Например, из листьев шпината можно

выделить хлоропласты, отмыть их с помощью

повторного центрифугирования в соответствующей


среде от клеточных фрагментов и исследовать их

поведение в различных экспериментальных

условиях или же определить их химический состав.

Далее можно, применяя различные модификации

методики, разрушить эти пластиды и выделить

посредством

дифференциального центрифугирования (повторно

го осаждения частиц при различных величинах


ускорения) составляющие их элементы. Таким

путем удалось показать, что пластиды содержат

структуры, отличающиеся очень упорядоченным

строением, — так называемые граны; все граны

находятся внутри ограничивающей хлоропласт


мембраны (оболочка хлоропласта). Достоинства

этого метода просто неоценимы, поскольку он

позволяет выявить существование

функциональных субъединиц, входящих в состав

более крупных субклеточных частиц; в частности,

используя метод

посредством

используя метод

Факторы, влияющие на диагностическую ценность классического скринингового исследования с ручной подготовкой проб

Пробирки, что применяются для центрифугирования, должны быть наполнены исследуемым материалом идентичной массы. Поэтому для измерений здесь применяются специальные высокоточные весы.

Когда требуется уравновешивание многочисленных пробирок в центрифуге, прибегают к следующему приему. Взвесив пару стеклянных емкостей и добившись одинаковой массы, одну из них оставляют в качестве эталона.

Последующие пробирки уравновешивают с этим образцом, прежде чем поместить в аппарат. Такой прием существенно ускоряет работу при необходимости подготовки к центрифугированию целой серии пробирок.

Стоит заметить, что в пробирки никогда не помещают слишком много исследуемой субстанции. Стеклянные емкости наполняют таким образом, чтобы расстояние до края составляло не менее 10 мм.

Порядок проведения цитологического анализа, возможные проблемы и пути их решения

В зависимости от решаемых задач, цитоцентрифуги PrO-Cyt могут комплектоваться роторами с держателями на 4 (модель 4420), 8 (модель 4430) или 12 (модель 4460) образцов.

Это позволяет сконфигурировать прибор в лучшем сочетании цена/производительность. Продуманная конструкция роторов обеспечивает возможность подготовки монослойных препаратов из любых жидких сред.

В процессе центрифугирования цитологический материал наносится на строго определенную область предметного стекла с одновременным структурным выравниванием клеток без их разрушения.

Устройства выдерживают максимальное относительное ускорение до 550G, работают в диапазоне скоростей 200-2000 об/мин, имеют максимальный радиус 12 см и оснащаются двойными и одинарными держателями жидких образцов различного объема. Дезинфекция автоклавированием при температуре 121° занимает 20 минут.

Различия моделей

Линейка цитоцентрифуг PrO-Cyt представлена двумя моделями, отличающихся способом управления, а также наличием дополнительных опций.

Стандартная модификация PrO-CytLED

Цитоцетнрифуга PrO-CytLED

Расширенная модификация PrO-CytLCD

Цитоцентрифуга PrO-CytLCD

Панель управления LED-дисплей с синей световой индикацией и панелью управления с мембранными клавишами в пылевлагозащищенном исполнении. Позволяет с высокой точностью выполнять стандартные задачи. Сенсорный ЖК-дисплей с большой диагональю и ярко-синей подсветкой. Обеспечивает удобство работы и гибкость предустановок, значительно расширяет возможности оператора.
Количество ячеек памяти 10 108
Встроенный таймер 0-99 минут с интервалом задержки до 30 сек 0-9999 минут с интервалом задержки до 1 сек

Выводы

  1. Центрифуги PrO-Cyt позволяют быстро приготовить высококачественные препараты для клинической цитологии из любых суспензий с различным клеточным материалом.
  2. Выбор оптимальных параметров разгона и торможения, стопроцентная стерильность и стабильность температуры исключают повреждение клеток в процессе центрифугирования.
  3. Полная автоматизация процесса пробоподготовки нивелирует влияние «человеческого фактора», в десятки раз увеличивает производительность и на порядок повышает информативность исследования.
  4. Возможность оснащения роторами и держателями образцов различной конструкции и объема обеспечивает универсальность использования и гибкую конфигурацию центрифуги любой модели.
  5. Компактные размеры, продуманная эргономика, низкий уровень шума (до 55 ДБ в зависимости от типа ротора) и повышенная безопасность повышают удобство эксплуатации.

Вернуться к списку

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинский взгляд на еду
Adblock
detector