همه‌ چیز درباره سانتریفیوژ یا گریزانه (دستگاه جدا کننده اجزای خون)

ستاره | سرویس محتوای کمک درسی – آیا با نیروی گریز از مرگز آشنایی دارید؟ آیا می‌دانید چرا سیارات به درون خورشید سقوط نمی‌کنند؟ باید بدانید که این نیرو در دستگاه‌های آزمایشگاهی نیز کاربرد دارد. دانشمندان با آگاهی از وجود چنین نیرویی دستگاهی به نام گریزانه طراحی کرده اند. قبل از معرفی دستگاه گریزانه، فرض کنید درون یک اتوبوس نشسته اید، اتوبوس با سرعت به یک پیچ می‌رسد، هنگام پیچیدن اتوبوس شما به سمت مخالف پیچیدن پرتاب می‌شوید. طراحی این دستگاه نیز به همین صورت است. اگر به جای اتوبوس لوله آزمایشگاهی قرار دهیم و مایعات را درون آن بریزیم، با چرخاندن دایره شکل این لوله، اجزای مایع به سمت انتهای لوله پرتاب می‌شوند. به این نیرو نیروی گریز از مرکز و به این دستگاه سانتریفیوژ گفته می‌شود. در ادامه با روش کار و انواع گریزانه آشنا می‌شوید.

سانتریفیوژ یا گریزانه وسیله‌ای آزمایشگاهی برای جداسازی مایعات، گاز‌ها و مواد سیال بر اساس غلظت و چگالی آن‌هاست. با چرخاندن ظرف محتوی مواد با سرعت زیاد به دور خود عمل جداسازی انجام می‌گیرد. در همین حال با استفاده از نیروی گریز از مرکز ایجاد شده مواد سنگین‌تر به بیرون پرتاب می‌شوند. این تجهیزات در اکثر آزمایشگاه‌های دانشگاه‌ها و مراکز درمانی یه منظور پژوهش و جداسازی سلول‌ها، ویروس‌ها، پروتئین‌ها و اسید‌های نوکلئیک استفاده می‌شود. انواع متعددی از سانتریفیوژ‌ها وجود دارد که براساس طراحی برنامه ریزی شده یا طراحی روتور تقسیم بندی می‌شوند. انواع متعددی از سانتریفیوژ‌ها با دور بالا و میکروسانتریفیوژ‌ها در دسترس محققان قرار می‌گیرد.

روش کار یک گریزانه آزمایشگاهی

اگر در دوران تحصیل خود شیمی یا زیست شناسی مطالعه کرده باشید، احتمالا از یک گریزانه آزمایشگاهی کوچک مشابه استفاده کرده اید. هرچند این وسیله‌ای نسبتا ساده است، اما به طور هوشمندانه و خیلی محکم طراحی شده تا بتواند در فرایند چرخش نمونه‌ها سرعت بی‌نهایت خود را تا ۲ هزار دور در دقیقه یا بیشتر حفظ کند.

معمولا برای جدا کردن ذرات مختلف یک مایع یا جدا کردن اجزای جامد یک مایع از گریزانه یا سانتریفیوژ استفاده می‌شود. در گریزانه با بهره‌گیری از نیروی گریز از مرکز مواد از یکدیگر جدا می‌شوند. گریزانه‌ها معمولا دارای یک محفظه هستند و درون این محفظه یک موتور تعبیه شده است. این موتور تک محور است و تنها حول یک محول می‌چرخد. برای این کار مایع یا مخلوط را درون لوله مخصوص دستگا‌ه گریزانه قرار می‌دهند. این لوله طوری در سانتریفیوژ قرار می‌گیرد که با چرخش موتور و در نتیجه چرخش لوله‌ها، مواد داخل لوله به سمت خارج از مرکز پرتاب می‌شوند. در نتیجه ذرات و مایعات سنگین‌تر در انتهای لوله جمع می‌شوند. زمانی که گریزانه خاموش شود، مواد مایع به صورت لایه لایه و جدا از هم و غیر مخلوط مشاهده می‌شوند.

اگر از بالا نگاهی به درون سانتریفیوژ بیاندازیم، خواهیم دید که قطعات اصلی آن شامل موتور قدرتمند در مرکز، شافت، سر روتور قابل انحنا و تعداد زیادی حفره‌های جفت جفتی برای قرار دادن لوله‌های آزمایشگاهی می‌شود. بعد از بارگیری کردن دستگاه درپوش آن‌ خیلی محکم بسته می‌شود. معمولا بر روی بدنه‌ سانتریفیوژ‌ها قفلی وجود دارد تا زمانی که سانتریفیوژ باز است مانع از منفجر شدن آن شود. سپس با چرخاندن پیچ تنظیم که بیرون از دستگاه و روی محفظه‌ی آن قرار دارد، سانتریفیوژرا روشن می‌کنند و بسته به نیاز دستگاه سرعت آن را تنظیم می‌شود. تنظیم کردن سانتریفیوژ در سرعت بالا بسیار خطرناک است. اگر یک جفت از حفره‌ها خالی و بقیه پر باشند، اختلاف وزن آن‌ها باعث می‌شود که دستگاه به طرز وحشتناکی شروع به لرزیدن کند و لوله‌های داخل دستگاه بشکند. اما تنظیم کردن دقیق لوله‌های آزمایشگاهی درون حفره‌ها کار دشواری است. به همین دلیل دستگاه‌هایی مانند این دارای یک بست لاستیکی منعطف بروی محفظه است که اجازه می‌دهد حفره‌های بارگیری شده به طور صحیح از مرکز ثقل خود بچرخند و بدین صورت هر گونه نوسان ناخواسته‌ای را به حداقل برساند.

انواع سانتریفیوژ‌ یا گریزانه و کاربردهای هر کدام

۱. سانتریفیوژ آزمایشگاهی

سانتریفیوژ‌های آزمایشگاهی اغلب برای جداسازی اجزاء خون و اجزای داخلی همه‌ سلول‌ها به منظور بررسی قسمت‌های خاصی از سلول‌های بدن استفاده می‌شود.

۲. سانتریفیوژ ایزوپیکنیک

برای جداسازی نوکلئیک اسید‌ها مانند DNA استفاده می‌شود.

۳. سانتریفیوژ‌های افتراقی

برای خالص کردن ویروس‌ها، ریبوزوم‌های روکش‌دار و برای جداسازی ارگان‌های سلولی از عصاره‌های ناخالص سلولی استفاده می‌شود.

۴. انواع متفاوتی از سانتریفیوژ‌های آزمایشگاهی

میکرو سانتریفیوژ دستگاهی است که برای کار در حجم ۲ میلی لیتر تا ۰/۲ میلی لیتر (میکروتیوب‌ها) طراحی شده است. این نوع گریزانه حداکثر ۹۶ لوله را می‌تواند پشتیبانی کند، طراحی جمع و جوری داشته و حداکثر ۳۰۰۰۰ گرم وزن دارند.

۵. سانتریفیوژ‌های بالینی یا درمانگاهی

دستگاهی است که برای کاربرد‌های بالینی مانند لوله‌های انتقال خون طراحی شده است. سرعت این دستگاه کم است.

۶. سانتریفیوژ‌های چند منظوره سریع

دستگاهی است که برای کار با لوله‌های بزرگتر و تنوع بسیار زیاد طراحی شده است.

۷. اولترا سانتریفیوژ‌های مستقل (تحلیلی-تدارکی)

به علت گرمای ایجاد شده از اصطکاک هوا حتی در اولترا سانتریفیوژ‌ها، جایی که روتور در خلا مناسب به کار می‌افتد و به نگهداری نمونه‌ها در درجه حرارت مناسب نیاز است، بسیاری از سانتریفیوژ‌های آزمایشگاهی مجهز به یک سیستم خنک کننده می‌شوند و درجه حرارت آن‌ها را تنظیم می‌کند.

طبقه بندی سانتریفیوژ‌ها

۱. سانتریفیوژ‌ چند منظوره

دسته‌ای از سانتریفیوژ‌های عریضی که با داشتن فضای سکو مانندی مشخص شده اند. بر اساس پژوهش‌های لازم انواع متفاوتی از این نوع سانتریفیوژ‌ها با ابعاد مختلف در نظر گرفته شده اند. بالاترین سرعت بر حسب دور در دقیقه می‌تواند کمتر از ۱۰۰ تا بالاتر از xg ۵۰۰۰۰ باشد. حجم لوله‌ها می‌تواند میانگینی بین کمتر از ۱ میلی متر (از قبیل: لوله‌هایی با PCE) و چند لیتر باشد. طبق معمول انواع مختلف روتور‌ها از قبیل روتور با زاویه‌ی ثابت، روتور چرخشی یا روتور افقی قابل جایگزینی هستند.

۲. سانتریفیوژ‌ چند منظوره مجهز به سیستم خنک کننده

دستگاه‌های محکم و ایده آل برای سانتریفیوژ کردن نمونه‌های حساس به دما از قبیل سلول‌های زنده، سلول‌های حیوانی ویا پروتئین‌ها هستند. بسیاری از ویژگی‌های قابل جایگزینی روتور‌ها و آداپتور‌ها در این مدل ازسانتریفیوژ باعث شده تا بتواند ظرفیت پذیرش حجم‌ها‌ی مختلف از نمونه‌های کمتر از ۱ میلی لیتر تا چند لیتر را داشته باشد. سرعت آن نیز متغیر است و در برخی از مدل‌ها به به ۶۰۰۰۰xg هم می‌رسد.

۳. سانتریفیوژ‌ بالینی چند منظوره

سانتریفیوژ‌هایی محکم، با سرعت پایین و مناسب برای جداسازی تمام اجزا خون از قبیل سرم، پلاسما، گلبول‌های قرمز و دیگر مایعات موجود در بدن است. میانگین سرعت بین ۲۰۰ دور در دقیقه تا ۶۰۰۰ دور در دقیقه متغیر است. اکثر سانتریفیوژ‌های بالینی می‌توانند ظرفیت پذیرش لوله‌های معمولی را داشته باشند، اما اندازه‌ لوله‌های مخصوص و محل قرار گرفتن آن‌ها را باید کنترل کرد.

۴. میکرو سانتریفیوژ

تجهیزات موجود در بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی که ظرفیت پذیرش لوله‌ها با حجم‌های پایین از قبیل ۲ میلی‌لیتر، ۵/۱ میلی‌لیتر و ۵ میلی‌لیتر و لوله‌های PCR را دارد. سرعت میکروسانتریفیوژ‌ها برای انجام آزمایش‌های معمولی تا سرعت ۱۶۰۰۰ دور در دقیقه می‌چرخد در حالی که تجهیزات تخصصی‌تر می‌توانند به سرعت ۳۰۰۰۰ دور در دقیقه نیز برسند. به علاوه سازندگان سانتریفیوژ‌ها نیز می‌توانند روتور‌های قابل جایگزین کردن و مبدل‌های لوله دار را پیشنهاد کنند.

۵. ساتریفیوژ‌ دارای خلاء

این نوع از سانتریفیوژ‌ها می‌توانند از خلا، نیروی گریز از مرکز، درجه حرارت توام با گاز یا بدون گاز برای جداسازی حلال‌ها به منظور خشک کردن و تراکم استفاده کنند. این وسیله برای آماده‌سازی یا خالص‌سازی نمونه‌هایی از قبیل ایدنوکلئیک‌ها، پروتئین‌ها، پیتید‌ها و مخلوط‌های دیگر به منظور اجرای طیف گسترده‌ای از تحقیقات استفاده می‌شود. برای تبخیر ماده‌ی حلال از خلاء سانتریفیوژ‌های ساخته شده در سیستم‌های گرمایشی استفاده می‌شود.

ایمنی

بار موجود در سانتریفیوژ آزمایشگاهی باید دقیقا متعادل شود. این کار با استفاده از ترکیبی از نمونه‌ها و لوله‌های تعادل که همگی وزنی مشابه دارند و یا با استفاده از نمونه‌هایی با اندازه‌های مختلف و بدون لوله‌های تعادل انجام می‌شود. تفاوت حتی جرم ناچیزی از بار می‌تواند در سرعت‌های بالا منجر به عدم تعادل نیرو شود و این عدم تعادل نیرو باعث تغییر شکل شافت شده، ممکن است باعث آسیب به ما و حتی موجب آسیب و جراحت پرسنل شود. برخی از سانتریفیوژ‌ها مجهز به سیستم تشخیص عدم تعادل هستند که بلافاصله بعد از تشخیص دستگاه را از کار می‌اندازد.