جهاز طرد مركزي مختبري

جهاز الطرد المركزي المختبري هو جهاز يعمل بمحرك ، ويقوم بتدوير العينات السائلة بسرعة عالية. توجد أنواع مختلفة من أجهزة الطرد المركزي، وذلك حسب الحجم وسعة العينة. ^{[ 1 ]}

مثل جميع أجهزة الطرد المركزي الأخرى ، تعمل أجهزة الطرد المركزي المختبرية وفقًا لمبدأ الترسيب ، حيث يتم استخدام التسارع المركزي لفصل المواد ذات الكثافة الأكبر والأصغر.

توجد أنواع مختلفة من أجهزة الطرد المركزي:

• الطرد المركزي التفاضلي ، يُستخدم غالبًا لفصل عضيات معينة من الخلايا الكاملة لإجراء المزيد من التحليلات لأجزاء محددة من الخلايا
• الطرد المركزي متساوي الكثافة ، والذي يُستخدم غالبًا لعزل الأحماض النووية مثل الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA).
• تُستخدم عملية الطرد المركزي بتدرج السكروز غالبًا لتنقية الفيروسات المغلفة والريبوسومات، وكذلك لفصل عضيات الخلية عن المستخلصات الخلوية الخام.

توجد أنواع مختلفة من أجهزة الطرد المركزي المختبرية:

أجهزة الطرد المركزي الدقيقة

أجهزة للأنابيب الصغيرة من 0.2 مل إلى 2.0 مل (أنابيب دقيقة)، تصل إلى 96 بئرًا في الصفيحة، تصميم مضغوط، حجم صغير؛ حتى 30000 غرام

أجهزة الطرد المركزي السريرية

أجهزة متوسطة السرعة تُستخدم في التطبيقات السريرية مثل أنابيب جمع الدم

أجهزة طرد مركزي متعددة الأغراض عالية السرعة

أجهزة لمجموعة واسعة من أحجام الأنابيب، تتميز بتنوع كبير، وحجم كبير

أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة

النماذج التحليلية والتحضيرية

بسبب الحرارة المتولدة عن احتكاك الهواء (حتى في أجهزة الطرد المركزي الفائقة، حيث يعمل الدوار في فراغ جيد)، والحاجة المتكررة للحفاظ على العينات عند درجة حرارة معينة، فإن العديد من أنواع أجهزة الطرد المركزي المختبرية يتم تبريدها وتنظيم درجة حرارتها.

أنابيب الطرد المركزي عبارة عن أنابيب زجاجية أو بلاستيكية عالية المتانة، مصنوعة بدقة لتناسب تجاويف الدوار. وتختلف سعتها من 50 مل إلى سعات أصغر بكثير تُستخدم في أجهزة الطرد المركزي الدقيقة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في مختبرات البيولوجيا الجزيئية. تستوعب أجهزة الطرد المركزي الدقيقة عادةً أنابيب طرد مركزي بلاستيكية للاستخدام لمرة واحدة، بسعات تتراوح من 250 ميكرولتر إلى 2.0 مل .

يمكن استخدام أنابيب الطرد المركزي الزجاجية مع معظم المذيبات، ولكنها عادةً ما تكون أغلى ثمناً. يمكن تنظيفها كغيرها من الأدوات الزجاجية المخبرية ، ويمكن تعقيمها بالبخار . قد تتسبب الخدوش الصغيرة الناتجة عن سوء الاستخدام في تلفها تحت تأثير القوى الشديدة أثناء التشغيل. تُوضع الأنابيب الزجاجية داخل أكمام مطاطية ناعمة لحمايتها أثناء التشغيل. أما أنابيب الطرد المركزي البلاستيكية، فهي عادةً ما تكون أقل تكلفة، ومع العناية، يمكن أن تكون بنفس متانة الزجاج. يُفضل استخدام الماء عند استخدام أنابيب الطرد المركزي البلاستيكية. يصعب تنظيفها جيداً، وعادةً ما تكون رخيصة الثمن لدرجة تجعلها تُعتبر للاستخدام لمرة واحدة.

تُستخدم أنابيب بلاستيكية أحادية الاستخدام سعة 0.5 مل إلى 2 مل بشكل شائع في أجهزة الطرد المركزي الدقيقة. وهي مصنوعة من بلاستيك شفاف مرن يشبه البولي إيثيلين ، ولها شكل شبه مخروطي، مع أغطية مانعة للتسرب مدمجة ومفصلية.

تُفصل العينات الكبيرة باستخدام قوارير الطرد المركزي، التي تتراوح سعتها بين 250 و1000 ملليلتر. ورغم أن بعضها مصنوع من زجاج سميك، إلا أن قوارير الطرد المركزي تُصنع عادةً من بلاستيك مقاوم للكسر مثل البولي بروبيلين أو البولي كربونات. ويمكن استخدام أغطية محكمة الإغلاق لضمان منع التسرب.

يجب موازنة الحمل في جهاز الطرد المركزي المختبري بدقة. ويتحقق ذلك باستخدام مزيج من العينات وأنابيب الموازنة ذات الوزن نفسه، أو باستخدام أنماط موازنة مختلفة دون أنابيب موازنة. ^{[ 2 ]} يُعدّ حلّ نمط الموازنة بمعلومية n فتحة و k أنبوبًا متساوية الوزن مسألة رياضية شيقة. ومن المعروف أن الحل موجود إذا وفقط إذا أمكن التعبير عن كل من k و nk كمجموع عوامل أولية للعدد n. ^{[ 3 ]} قد تؤدي الاختلافات الطفيفة في كتلة الحمل إلى اختلال كبير في القوة عند دوران الدوّار بسرعة عالية. يُجهد هذا الاختلال محور الدوران، وقد يُسبب تلفًا لجهاز الطرد المركزي أو إصابات شخصية. تحتوي بعض أجهزة الطرد المركزي على خاصية الكشف التلقائي عن اختلال توازن الدوّار، والتي توقف التشغيل فورًا عند اكتشاف أي اختلال.

قبل تشغيل جهاز الطرد المركزي، من الضروري إجراء فحص دقيق لآليات قفل الدوار والغطاء. قد يتسبب الدوار الدوار في إصابات خطيرة عند لمسه. تتميز أجهزة الطرد المركزي الحديثة عمومًا بميزات تمنع التلامس العرضي مع الدوار المتحرك، حيث يكون الغطاء الرئيسي مقفلًا أثناء التشغيل.

تتمتع دوارات أجهزة الطرد المركزي بطاقة حركية هائلة أثناء دورانها بسرعات عالية. وقد يحدث عطل في الدوار، نتيجة الإجهاد الميكانيكي الناجم عن القوى العالية التي يولدها المحرك، بسبب عيوب التصنيع، أو التآكل الطبيعي، أو سوء الاستخدام والصيانة. ويمكن أن يكون هذا العطل كارثيًا ، لا سيما في أجهزة الطرد المركزي الكبيرة، ويؤدي عادةً إلى تدمير الجهاز بالكامل. ورغم أن أجهزة الطرد المركزي مزودة عادةً بدروع واقية لاحتواء هذه الأعطال، إلا أن هذه الدروع قد تكون غير كافية، خاصة في الطرازات القديمة، أو قد يندفع جهاز الطرد المركزي بأكمله من مكانه، مما يؤدي إلى إلحاق الضرر بالأفراد والمعدات المجاورة. وقد تسببت أعطال الدوارات غير المحتواة في تحطيم نوافذ المختبرات وتدمير الثلاجات والخزائن. وللحد من مخاطر أعطال الدوارات، يحدد مصنّعو أجهزة الطرد المركزي إجراءات التشغيل والصيانة لضمان فحص الدوارات بانتظام وإخراجها من الخدمة أو تخفيض سرعتها (تشغيلها بسرعات منخفضة فقط) عند تجاوزها عمرها الافتراضي المتوقع. ^{[ 4 ]}

من المخاطر المحتملة الأخرى تحوّل العينات الخطرة إلى رذاذ أثناء عملية الطرد المركزي. ولمنع تلوث المختبر، تتوفر أغطية دوّارة مزودة بحشوات مانعة لتسرب الرذاذ . يمكن تحميل الدوّار بالعينات داخل غطاء واقٍ، ثم تثبيت غطاء الدوّار عليه. بعد ذلك، يُنقل نظام الدوّار والغطاء المحكم إلى جهاز الطرد المركزي. ويمكن تثبيت الدوّار داخل الجهاز دون فتح الغطاء. بعد انتهاء العملية، تُزال مجموعة الدوّار بالكامل، بما في ذلك الغطاء، من جهاز الطرد المركزي إلى الغطاء الواقي لإجراء الخطوات اللاحقة، مما يحافظ على العينات داخل نظام مغلق.

• جهاز الطرد المركزي فائق السرعة
• الانفصال
• جهاز الطرد المركزي الخلوي