원심 분리 : 구성 요소, 유형, 중요성, 예 - 화학 - 2025

원심는 기계적으로 또는 물리적으로 다른 밀도를 갖는 분자 또는 입자를 분리하고 또한 액체 매질에 존재하는 기술, 방법 또는 절차이다. 그 초석은 원심 분리기라는 장비에 의해 적용되는 원심력의 적용입니다.

원심 분리를 통해 유체 시료의 성분을 분리하고 분석 할 수 있습니다. 이러한 구성 요소 중에는 다양한 종류의 분자 또는 입자가 있습니다. 입자로서, 다른 세포 단편, 세포 소기관, 심지어 다양한 유형의 세포 등을 참조합니다.

원심 분리기. 출처 : Flickr를 통한 Matt Janicki

Theodor Svedger는 원심 분리 연구의 선구자 중 하나로 간주됩니다. 1926 년 노벨상은 자신의 크기를 가진 분자 또는 입자가 서로 다른 침강 계수 S를 갖는다 고 결정했습니다. "S"는 그의 작업을 기리기 위해 Svedger에서 유래했습니다.

따라서 입자는 특징적인 침강 속도를 갖습니다. 이는 분당 회전 수 (rpm)로 표현되는 원심력의 작용 하에서 또는 로터 반경의 함수 (상대 원심력, g)로 표시되는 원심력의 작용 하에서 이들 모두가 동일한 방식으로 작동하는 것은 아니라는 것을 의미합니다.

S와 그 속도를 결정하는 요소에는 예를 들어 분자 또는 입자의 특성이 있습니다. 매체의 특성; 원심 분리 기술 또는 방법; 다른 측면 중에서 사용되는 원심 분리기의 유형.

원심 분리는 유용성에 따라 분류됩니다. 준비 과정에서 샘플 성분의 분리로 제한되는 경우; 그리고 분석에서 분리 된 분자 또는 입자를 분석하려고 할 때. 한편, 공정 조건에 따라 분류 할 수도 있습니다.

다양한 유형의 원심 분리는 과학 지식의 발전에 필수적이었습니다. 연구 센터에서 사용되어 복잡한 생화학 및 생물학적 과정을 이해하는 데 도움이되었습니다.

무엇으로 구성되어 있습니까? (방법)

원심 분리의 기초

원심 분리 과정은 용액에서 샘플을 구성하는 분자 또는 입자가 원심 분리기라고하는 장치에서 회전 할 때 회전한다는 사실을 기반으로합니다. 이로 인해 입자가 서로 다른 속도로 안정 될 때 주변 환경에서 입자가 분리됩니다.

이 과정은 특히 침전 이론을 기반으로합니다. 이에 따르면 밀도가 높은 입자는 침전되고 나머지 물질이나 환경 구성 요소는 부유 상태로 유지됩니다.

왜? 분자 또는 입자는 자체 크기, 모양, 질량, 부피 및 밀도를 갖기 때문입니다. 따라서 그들 모두가 동일한 방식으로 침전을 관리하는 것은 아니며 다른 침전 계수 S로 해석됩니다. 결과적으로 다른 침강 속도에서.

이러한 특성은 분자 또는 입자가 주어진 원심 분리 속도에서 원심력에 의해 분리 될 수 있도록합니다.

원심력

원심력은 침전을 결정하는 여러 요인에 의해 영향을받습니다. 분자 나 입자에 고유 한 것; 그들이 발견되는 환경의 특성; 및 원심 분리 절차가 수행되는 원심 분리기와 관련된 요인.

분자 또는 입자와 관련하여 질량, 비 체적 및 부유 계수는 침전에 영향을 미치는 요인입니다.

주변 환경과 관련하여 대체 된 용매의 질량, 매체 밀도, 전진 저항 및 마찰 계수가 중요합니다.

원심 분리기와 관련하여 침전 과정에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 로터의 유형, 각속도, 원심력 및 결과적으로 원심 속도입니다.

원심 분리기의 종류

샘플을 다른 속도로 원심 분리 할 수있는 여러 종류의 원심 분리기가 있습니다.

도달하는 최대 속도에 따라 원심 가속도 (상대 원심력 g)로 표현되며 최대 속도가 약 3,000g 인 원심 분리기로 분류 할 수 있습니다.

소위 초 원심 분리기에서는 25,000g에 가까운 더 넓은 범위의 속도에 도달 할 수 있습니다. 그리고 초 원심 분리기에서는 속도가 훨씬 빨라 100,000g에 이릅니다.

다른 기준에 따르면, 12,000 ~ 15,000 g 범위에 이르는 작은 시료량으로 원심 분리 공정을 수행하는 데 특별한 탁상용 마이크로 원심 분리기 또는 원심 분리기가 있습니다.

ultracentrifuges와 같이 더 큰 고속 샘플 볼륨을 원심 분리 할 수있는 대용량 원심 분리기가 있습니다.

일반적으로 로터와 샘플이 과열되지 않도록 보호하기 위해 몇 가지 요소를 제어해야합니다. 이를 위해 특히 특수 진공 또는 냉장 조건으로 초 원심 분리기가 만들어졌습니다.

로터 유형

결정 요소 중 하나는 로터의 유형, 회전하는 장치 및 튜브가 배치되는 위치입니다. 로터에는 여러 유형이 있습니다. 주요 로터 중에는 스윙 암 로터, 고정 각 로터 및 수직 로터가 있습니다.

틸팅 로터에서 이러한 유형의 로터 장치에 튜브를 배치하고 회전 할 때 튜브는 회전축에 수직 인 배열을 얻습니다.

고정 각 로터에서 샘플은 견고한 구조 내부에 위치합니다. 이미지와 많은 원심 분리기에서 볼 수 있습니다.

그리고 일부 초 원심 분리기의 수직 로터에서 튜브는 회전축과 평행하게 회전합니다.

원심 분리의 유형

원심 분리의 유형은 적용 목적과 공정이 수행되는 조건에 따라 다릅니다. 이러한 조건은 시료 유형과 분리 및 / 또는 분석 대상의 특성에 따라 다를 수 있습니다.

성능의 목적 또는 목적에 따라 첫 번째 분류 기준이 있습니다 : 분취 원심 분리 및 분석 원심 분리.

분취 원심 분리

원심 분리가 주로 분자, 입자, 세포 조각 또는 세포를 분리하거나 분리하여 나중에 사용하거나 분석 할 때이 이름을받습니다. 이 목적으로 일반적으로 사용되는 샘플의 양은 상대적으로 많습니다.

분석 원심 분리

침전 된 입자의 침강 계수 및 분자 질량과 같은 물리적 특성을 측정하거나 분석하기 위해 분석 원심 분리가 수행됩니다.

이 목적을 기반으로 한 원심 분리는 다른 표준화 된 조건을 적용하여 수행 할 수 있습니다. 예를 들어, 침전이 발생하더라도 분리 된 분자 또는 입자를 분석 할 수있는 분석 용 초 원심 분리 기술 중 하나의 경우와 같습니다.

일부 특정 경우에는 석영 원심 분리 튜브를 사용해야 할 수 있습니다. 따라서 원심 분리 과정에서 분자가 광학 시스템으로 관찰되고 분석되기 때문에 가시광 선과 자외선의 통과를 허용합니다.

정확하게 원심 분리 공정이 수행되는 특성이나 조건에 따라 다른 분류 기준이 있습니다. 여기에는 차동 원심 분리, 구역 또는 밴드 원심 분리, 등소 성 또는 침강 평형 원심 분리가 있습니다.

차동 원심 분리

이러한 유형의 원심 분리는 특정 시간과 속도 동안 일반적으로 앵글 로터를 사용하여 샘플을 원심 분리하는 것으로 구성됩니다.

이는 입자의 크기와 직접적인 관련이있는 침전 속도의 차이로 인한 입자 분리를 기반으로합니다. 더 크고 더 큰 S는 튜브의 바닥에 정착합니다. 더 작은 것은 정지 상태로 유지됩니다.

침전물의 중단 분리는 이러한 유형의 원심 분리에서 중요합니다. 부유 입자를 따라 내거나 튜브에서 제거해야 침전물이나 펠릿이 후속 정제를 위해 다른 용매에 부유 될 수 있습니다. 즉, 다시 원심 분리됩니다.

이러한 유형의 기술은 분자 분리에 유용하지 않습니다. 대신, 예를 들어 다른 입자들 사이에서 세포 소기관, 세포를 분리하는 데 사용할 수 있습니다.

구역 또는 밴드 원심 분리

구역 또는 밴드 원심 분리는 미리 형성된 밀도 구배를 가진 매질을 통과 할 때 S의 차이를 기반으로 샘플의 성분을 분리합니다. 예를 들어 Ficoll 또는 sucrose와 같습니다.

샘플은 시험관의 기울기 위에 놓입니다. 다음으로, 고속으로 원심 분리를 진행하고 중간을 따라 배열 된 다른 밴드에서 분리가 이루어집니다 (여러 층의 젤라틴처럼).

S 값이 더 낮은 입자는 매체의 시작 부분에 남아있는 반면, 더 크거나 S 값이 높은 입자는 튜브 바닥으로 이동합니다.

이 절차를 통해 다른 침전 밴드에서 발견 된 구성 요소를 분리 할 수 ​​있습니다. 샘플의 모든 분자 또는 입자가 튜브 바닥에 가라 앉지 않도록 시간을 잘 제어하는 ​​것이 중요합니다.

등 밀도 원심 분리 및 기타 유형

-isopycnic과 같은 많은 다른 유형의 원심 분리가 있습니다. 이것은 같은 유형의 거대 분자를 분리하는 데 특화되어 있습니다. DNA는 질소 염기의 염기 서열과 양이 다양하기 때문에 이러한 유형의 거대 분자에 매우 적합합니다. 따라서 다른 속도로 침전됩니다.

-생체 분자의 침강 특성을 연구하는 초 원심 분리도 있으며, 예를 들어 자외선을 사용하여 모니터링 할 수있는 프로세스입니다.

세포 내 구조 또는 세포 기관을 이해하는 데 유용했습니다. 또한 분자 생물학과 고분자 개발의 발전을 가능하게했습니다.

응용

다양한 유형의 원심 분리가 사용되는 일상 생활 영역은 무수히 많습니다. 의료 서비스, 생물 분석 실험실, 제약 산업 등의 분야에서 사용됩니다. 그러나 그 중요성은 분리와 특성화라는 두 단어로 요약 할 수 있습니다.

입자 분리

화학에서 다양한 원심 분리 기술은 여러 가지 이유로 매우 중요한 것으로 입증되었습니다.

두 개의 혼합 가능한 분자 또는 입자를 분리 할 수 ​​있습니다. 샘플에서 원치 않는 불순물, 물질 또는 입자를 제거하는 데 도움이됩니다. 예를 들어 단백질 만 보존하려는 샘플.

혈액과 같은 생물학적 시료에서 혈장은 원심 분리에 의해 세포 성분으로부터 분리 될 수 있습니다. 이는 혈장 또는 혈청에 대한 다양한 유형의 생화학 적 또는 면역 학적 검사뿐만 아니라 일상적 또는 특별 연구에 대한 성능에 기여합니다.

원심 분리조차도 다양한 유형의 세포를 분리 할 수 ​​있습니다. 예를 들어 혈액 샘플에서 적혈구는 백혈구 또는 백혈구 및 혈소판에서 분리 될 수 있습니다.

소변, 뇌척수액, 양수 등 모든 생물학적 유체에서 원심 분리를 통해 동일한 유용성을 얻을 수 있습니다. 이러한 방식으로 다양한 분석을 수행 할 수 있습니다.

특성화 기술로

또한 많은 분자의 특성이나 유체 역학적 특성을 연구하거나 분석 할 수있게되었습니다. 주로 복잡한 분자 또는 거대 분자입니다.

뿐만 아니라 핵산과 같은 수많은 거대 분자. 다른 많은 응용 분야 중에서 RNA와 같은 동일한 분자의 하위 유형에 대한 세부 사항을 더 쉽게 특성화 할 수 있습니다.

원심 분리의 예

-다른 원심 분리 기술 덕분에 감염 및 대사 과정과 같은 복잡한 생물학적 과정에 대한 정확한 지식이 향상되었습니다.

-원심 분리를 통해 분자 및 생체 분자의 많은 초 구조적 및 기능적 측면이 밝혀졌습니다. 그러한 생체 분자 중에서 인슐린과 헤모글로빈 단백질; 다른 한편으로는 핵산 (DNA 및 RNA).

-원심 분리의 지원으로 생명을 유지하는 많은 과정에 대한 지식과 이해가 확장되었습니다. 그중 하나가 크렙스 사이클입니다.

이 같은 활용 분야에서 호흡 사슬을 구성하는 분자에 대한 지식에 영향을 미쳤습니다. 따라서, 다른 많은 과정 중에서 산화 적 인산화의 복잡한 과정 또는 진정한 세포 호흡의 이해에 빛을 제공합니다.

-마지막으로 파지 (박테리아 바이러스)가 주입 한 DNA와 숙주 세포가 합성 할 수있는 단백질이 따르는 경로를 분석하여 감염성 질환 등 다양한 과정의 연구에 기여했습니다.

참고 문헌

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