1．  基本要求    
1.1了 解
(1)離心力與相對離心力
(2)離心機的分類與基本結(jié)構(gòu)
(3)離心機的主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)
(4)離心機的進(jìn)展
1.2 熟 悉
(1)離心機的工作原理
(2)離心機常見故障及排除方法
1.3 掌 握
(1)常用的離心方法(差速離心法、密度梯度離心法、分析性超速離心法)
(2)專用離心機的臨床使用范圍
(3)低速離心機、高速（冷凍）離心機、超速（冷凍）離心機的臨床使用范圍
2．  重點難點    
2.1重 點
(1)常用的離心方法
(2)離心方法的選擇
(3)離心機的結(jié)構(gòu)（低速離心機、高速（冷凍）離心機、超速（冷凍）離心機）
2.2 難點
2.2.1 離心力與相對離心力
2.2.2 液體中的微粒在重力場中的分離
2.2.3 液體中的微粒在離心力場中的沉降
2.2.4 分析性超速離心法
3．  講授學(xué)時    
建議4學(xué)時
4．  內(nèi)容提要    **節(jié)    第二節(jié)    第三節(jié)   第四節(jié)   第五節(jié)    第六節(jié)
4.1 離心機的工作原理
4.1.1 離心機的工作原理
離心是利用旋轉(zhuǎn)運動的離心力以及物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力密度的差異進(jìn)行分離、濃縮和提純生物樣品的一種方法。懸浮液在高速旋轉(zhuǎn)下，由于巨大的離心力作用，使懸浮的微小顆粒（細(xì)胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，從而使溶液得以分離，顆粒的沉降速度取決于離心機的轉(zhuǎn)速、顆粒的質(zhì)量、大小和密度。
當(dāng)含有細(xì)小顆粒的懸浮液靜置不動時，由于重力場的作用可使得懸浮的顆粒逐漸下沉，顆粒越重，下沉越快。微粒在重力場下移動的速度與微粒的大小、形態(tài)、密度、重力場的強度及液體的黏度有關(guān)。如紅細(xì)胞顆粒，直徑為數(shù)微米，可以在通常重力作用下觀察到它們的沉降過程。此外，物質(zhì)在介質(zhì)中沉降時還伴隨有擴散現(xiàn)象（擴散是由于微粒的熱運動而產(chǎn)生的質(zhì)量遷移現(xiàn)象,主要是由于密度差引起的）。對小于幾微米的微粒如病毒或蛋白質(zhì)等，它們在溶液中成膠體或半膠體狀態(tài)，僅僅利用重力是不可能觀察到沉降過程的，因為顆粒越小沉降越慢，而擴散現(xiàn)象則越嚴(yán)重。擴散現(xiàn)象是不利于樣品分離的，如果加大重力，就可能克服擴散現(xiàn)象的不利影響,實現(xiàn)生物大分子的分離。離心機就是利用離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強大的離心力，迫使液體中微粒克服擴散加快沉降速度，把樣品中具有不同沉降系數(shù)和浮力密度的物質(zhì)分離開。
 
 
 
 
 
 
 
 
圖2-1 離心機運轉(zhuǎn)示意圖
4.1.2 離心力與相對離心力
1.離心力  當(dāng)物體所受外力小于運動所需要的向心力時，物體將向遠(yuǎn)離圓心的方向運動。物體遠(yuǎn)離圓心運動的現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象也叫離心運動。離心運動是由于向心力消失或不足而造成的。
2. 相對離心力是指在離心場中，作用于顆粒的離心力相當(dāng)于地球重力的倍數(shù)，單位是重力加速度“g”。
4.1.3 液體中的微粒在重力場中的分離
1.液體中的微粒受重力的作用，較重的微粒下沉與液體分開，這個現(xiàn)象稱為重力沉降。
2.沉降速度  指在強大離心力作用下，單位時間內(nèi)物質(zhì)運動的距離。
3.沉降時間  在實際工作中，常常遇到要求在已有的離心機上把某一種溶質(zhì)從溶液中全部沉降分離出來需用多大轉(zhuǎn)速與多長時間可達(dá)到目的的問題。如果轉(zhuǎn)速已知，則需確定分離某粒子所需的時間即沉降時間。
4.1.4 液體中的微粒在重力場中的沉降
1.當(dāng)離心機開動時，離心管繞離心轉(zhuǎn)頭的軸旋轉(zhuǎn)，作圓周運動（見圖2-2），在離心管內(nèi)的樣品顆粒將同樣運動。
2.假如顆粒是處于真空中（即沒有介質(zhì)阻力時），顆粒會沿切線方向飛去，也就是當(dāng)離心管由0位轉(zhuǎn)到1位時，顆粒到達(dá)離心管底部A位。對于離心管而言，樣品顆粒由頂位移到了A位，也就是由離心管頂部移到了底部，這與重力場中的由高處落到低處相似。這種顆粒在圓周運動時的切線運動稱為離心沉降。
3.顆粒作切線運動時將由于介質(zhì)的摩擦阻力，使其在離心管中依圖2-2中虛線所示的曲線運動，當(dāng)離心管由0位轉(zhuǎn)到2位時，顆粒由頂位移到B位。介質(zhì)的阻力越大，顆粒在離心管中沉降速度越小，沉降的距離也越短。旋轉(zhuǎn)速度越大，顆粒在離心管中沉降越快。
 
圖2-2 離心沉降示意圖
4.2 離心機的分類與基本結(jié)構(gòu)
4.2.1 離心機的分類
通常G際上對離心機的分類有三種方法：即按轉(zhuǎn)速分、按用途分、按結(jié)構(gòu)分。按轉(zhuǎn)速可分為低速、高速、超速等離心機；按用途可分為制備型、分析型和制備分析兩用型；按結(jié)構(gòu)可分為臺式、多管微量式、細(xì)胞涂片式、血液洗滌式、高速冷凍式、大容量低速冷凍式、臺式低速自動平衡離心機等。另外G外還有三聯(lián)式（五聯(lián)式）高速冷凍離心機，專作連續(xù)離心用。#p#分頁標(biāo)題#e#
4.2.2 離心機的基本結(jié)構(gòu)
低速離心機、高速（冷凍）離心機及超速（冷凍）離心機的結(jié)構(gòu):①低速離心機的結(jié)構(gòu)由電動機、離心轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)頭）、調(diào)速器、定時器、離心套管與底座等主要部件構(gòu)成。②高速（冷凍）離心機的結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)動裝置、速度控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、離心室、離心轉(zhuǎn)頭及安全保護(hù)裝置等。③超速(冷凍)離心機主要由驅(qū)動和速度控制、溫度控制、真空系統(tǒng)和轉(zhuǎn)頭四部分組成。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
圖2-3 離心機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.3 離心機的主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)
4.3.1 離心機的主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)
主要參數(shù)包括：**大轉(zhuǎn)速；**大離心力；**大容量；電源功率；溫度控制范圍；工作電壓；調(diào)速范圍。離心機轉(zhuǎn)頭的常用標(biāo)記及參數(shù)。離心機轉(zhuǎn)頭的常用標(biāo)記是由三部分組成，**部分為英文字母符號；第二部分為數(shù)字；第三部分為標(biāo)識轉(zhuǎn)頭由不同的金屬組成。轉(zhuǎn)頭參數(shù)有，R_max 、R_min  、RCF_max 、RCF_min  、RPM_max 、Ｋ等。
4.3.2 離心轉(zhuǎn)頭的分類及性能指標(biāo)：離心機轉(zhuǎn)頭一般可分為五大類有①固定角轉(zhuǎn)頭②甩平式轉(zhuǎn)頭③連續(xù)流動轉(zhuǎn)頭④區(qū)帶轉(zhuǎn)頭⑤垂直轉(zhuǎn)頭。
4.4 離心機的日常維護(hù)、常見故障及排除
4.4.1 離心機的日常維護(hù)
各類離心機因其轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)生的離心力大，使用不當(dāng)或缺乏定期的檢修和保養(yǎng)，都可能發(fā)生嚴(yán)重事故，因此使用離心機時都必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。
4.4.2 離心機常見故障及排除方法
1.電機不轉(zhuǎn)
2.轉(zhuǎn)頭的損壞
3.機體震動劇烈、響聲異常。
4.高速（冷凍）離心機不制冷
有許多故障為不正確操作所致，正確操作可減少或消除故障。在工作過程中，如出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象均應(yīng)立即停機，檢查原因，不得強行運轉(zhuǎn)，以免產(chǎn)生不必要的損失。
4.5 常用的離心方法及臨床應(yīng)用
4.5.1 差速離心法(又稱分步離心法)
采用不同的離心速度和離心時間,使沉降速度不同的顆粒分步離心的方法,稱為差速離心.操作時,將含有兩種不同顆粒的混懸液,以常速離心，使大的顆粒下沉，將上清液傾倒于另一離心管中，再加大離心力，離心一定時間，分離小的顆粒，反復(fù)多次分離，達(dá)到分離目的。差速離心主要用于分離大小和密度差異較大的顆粒。差速離心法的優(yōu)點是：操作簡單，離心后用傾倒法即可將上清液與沉淀分開，并可使用容量較大的角式轉(zhuǎn)子；分離時間短、重復(fù)性高；樣品處理量大。缺點是：分辨率有限、分離效果差，沉淀系數(shù)在同一個數(shù)量級內(nèi)的各種粒子不容易分開，不能一次得到純顆粒；壁效應(yīng)嚴(yán)重，特別是當(dāng)顆粒很大或濃度很高時，在離心管一側(cè)會出現(xiàn)沉淀；顆粒被擠壓，離心力過大、離心時間過長會使顆粒變形、聚集而失活。
 
圖2-4 差速離心法原理示意圖
4.5.2 密度梯度離心法(又稱區(qū)帶離心法)
該法又分為速率區(qū)帶離心法和等密度區(qū)帶離心法。樣品在一定惰性梯度介質(zhì)中進(jìn)行離心沉淀或沉降平衡，在一定離心力下把顆粒分配到梯度液中某些特定位置上，形成不同區(qū)帶的分離方法。該法的優(yōu)點是：具有很好的分辨率，分離效果好，可一次獲得較純顆粒；適用范圍廣，既能分離沉淀系數(shù)差的顆粒，又能分離有一定浮力密度的顆粒；顆粒不會積壓變形，能保持顆粒活性，并防止已形成的區(qū)帶由于對流而引起混合。缺點是：離心時間較長；需要制備梯度液；操作嚴(yán)格，不宜掌握。
4.5.2.1 速率區(qū)帶離心法
是根據(jù)分離的粒子在離心力作用下，在梯度液中沉降速度的不同，離心后具有不同沉降速度的粒子處于不同的密度梯度層內(nèi)形成幾條分開的樣品區(qū)帶，達(dá)到彼此分離的目的。臨床常使用的分離液是Ficoll、Percoll及蔗糖。把靜脈血中單個核細(xì)胞分離出來，前一種分離液將血液中單個核細(xì)胞（淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞）分為一個層，同時提出。而Percoll分離液將血中淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞分為二個梯度層，分別提取。后者分離效果優(yōu)于前者，但操作繁瑣。
 
圖2-5 速率區(qū)帶離心示意圖
4.5.2.2 等密度區(qū)帶離心法
當(dāng)不同顆粒存在浮力密度差時，在離心力場下，顆粒或向下沉降，或向上浮起，一直沿梯度移動到它們密度恰好相等的位置上（即等密度點）形成區(qū)帶，稱為等密度區(qū)帶離心法。等密度區(qū)帶離心的有效分離取決于顆粒的浮力密度差，密度差越大，分離效果越好，與顆粒的大小和形狀無關(guān)，但后兩者決定著達(dá)到平衡的速率、時間和區(qū)帶的寬度。
 
 圖2-6 等密度區(qū)帶離心示意圖
4.5.3 分析性超速離心法
1.分析型超速離心機的工作原理  ①分析型超速離心機主要由一個橢圓形的轉(zhuǎn)子、一套真空系統(tǒng)和一套光學(xué)系統(tǒng)所組成。該轉(zhuǎn)子通過一個柔性的軸連接成一個高速的驅(qū)動裝置，此軸可使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時形成自己的軸。②轉(zhuǎn)子在一個冷凍的真空腔中旋轉(zhuǎn)，其容納兩個小室：分析室和配衡室。③分析室的容量一般為1ml，呈扇形排列在轉(zhuǎn)子中，其工作原理與一個普通水平轉(zhuǎn)子相同。④分析室有上下兩個平面的石英窗，離心機中裝有的光學(xué)系統(tǒng)可保證在整個離心期間都能觀察小室中正在沉降的物質(zhì)，可以通過對紫外光的吸收（如對蛋白質(zhì)和DNA）或折射率的不同對沉降物進(jìn)行監(jiān)測。⑤在分析室中物質(zhì)沉降時重粒子和輕粒子之間形成的界面就像一個折射的透鏡，結(jié)果在檢測系統(tǒng)的照相底板上產(chǎn)出一個“峰”，由于沉降不斷進(jìn)行，界面向前推進(jìn)，故“峰”也在移動，從峰移動的速度可以得到物質(zhì)沉降速度的指標(biāo)。#p#分頁標(biāo)題#e#
 
圖2-7 分析型超速離心系統(tǒng)示意圖
2.分析性超速離心法的臨床應(yīng)用  分析型超速離心機**大轉(zhuǎn)速40000r/min，檢測波長范圍200nm～800nm。制備型超速離心機**大轉(zhuǎn)速100000r/min，**大離心力802400×g。隨機可配備密度梯度收集儀、密度梯度泵、各種加樣、取樣器等附件。分析型超速離心機主要用于生物制藥*域測定生物大分子的相對分子重量。應(yīng)用**廣的是沉降速度法采用照相記錄，即可求出粒子的沉降系數(shù)。生物大分子的純度估計。分析型超速離心機目前廣泛應(yīng)用于研究DNA制劑、病毒和蛋白質(zhì)的純度。分析生物大分子中的構(gòu)象變化。可以通過檢查樣品在沉降速度上的差異來證實。臨床實驗室基本不用。制備型超速離心機主要用于生物學(xué)研究方面，是分離純化細(xì)胞的主要工具，可用于細(xì)胞器、病毒的分離和濃縮。
4.5.4 低速離心機的臨床應(yīng)用
低速離心機是臨床實驗室常規(guī)使用的一類離心機。**大轉(zhuǎn)速在4000r/min以內(nèi)，相對離心力在2810×g，分離形式是固液沉降分離。臨床實驗室主要用于全血中的血漿、血清的分離及尿液、胸腹水、腦脊液等有形成分的分離。
4.5.5 高速離心機的臨床應(yīng)用
**大轉(zhuǎn)速為20000r/min，**大相對離心力為17000×g，分離形式是固液沉降分離。臨床實驗室主要用于PCR分子生物學(xué)檢測項目如對乙型肝炎病毒及丙型肝炎病毒患者血清標(biāo)本中DNA及RNA的提取。基礎(chǔ)實驗室對各種生物細(xì)胞、無機物溶液、懸浮液及膠體溶液的分離,濃縮和提純等。為了防止高速離心過程中溫度升高而使酶類物質(zhì)破壞，以及生物分子變性失活，有的高速離心機還裝設(shè)了制冷系統(tǒng)，此種離心機又稱高速冷凍離心機。
4.5.6 超速離心機的臨床應(yīng)用
**大轉(zhuǎn)速為50000-80000r/min，**大相對離心力510000×g，分離形式是差速沉降分離和密度梯度區(qū)帶分離。臨床實驗室基本不用。主要用于科研上，對樣本中亞細(xì)胞器的分離，病毒、核酸、蛋白質(zhì)及多糖的分離。
4.5.7 專用離心機
1.輸血專用離心機  用于臨床輸血、血型鑒定、交叉配血、血小板血型鑒定、血小板抗體的檢查及抗人球蛋白試驗等。
2.微量毛細(xì)管離心機  用于血溶比試驗，微量血細(xì)胞比積以及同位素微量標(biāo)記物的測定。
3.尿沉渣分離離心機  用于尿液中有形成份的分離與尿液工作站相配套。
4.細(xì)胞涂片染色離心機  用于腦脊液、胸腹水的脫落細(xì)胞的分離及涂片。
4.6 離心機的進(jìn)展
離心機的類型也越來越新穎。伊朗正在對將擁有更強力的轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)速度更快，濃縮能力更強的P2離心機展開研究；俄羅斯立薩馬拉醫(yī)科大學(xué)的**，已研制出了使下肢骨折患者更快地康復(fù)的新型醫(yī)用離心機并用于臨床治療；G內(nèi)的一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、適應(yīng)性強、安裝使用維修方便、分離時顆粒不易破壞的ＳＳ型三足式離心機已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)和科研實驗室。目前，離心方法已逐漸走向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化。各種專用離心機，對所分離樣品由計算機自動控制程序設(shè)定了一定的轉(zhuǎn)速、相對離心力及離心時間等。