सेन्ट्रीफ्यूजको कार्य सिद्धान्त र अनुप्रयोग उदाहरणहरू

परिचय: सेन्ट्रीफ्यूज - अदृश्य "अलग गर्ने हात"

प्रयोगशाला सेन्ट्रीफ्यूजहरू जीवविज्ञान, रसायन विज्ञान, चिकित्सा र अन्य क्षेत्रहरूमा अपरिहार्य उपकरणहरू हुन्। तिनीहरूले द्रुत गतिको रोटेशन द्वारा उत्पन्न केन्द्रापसारक बल मार्फत तरल पदार्थहरूमा विभिन्न घनत्व भएका घटकहरू तुरुन्तै अलग गर्छन्। चाहे यो रगत स्तरीकरण होस्, सेल अर्गानेल निकासी होस्, वा न्यानोमेटरियल शुद्धिकरण होस्, सेन्ट्रीफ्यूजले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यस लेखले ग्राफिक्स र पाठको संयोजन मार्फत यसको कार्य सिद्धान्त र विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्यहरूको विश्लेषण गर्नेछ।

सेन्ट्रीफ्यूजको कार्य सिद्धान्त: केन्द्रापसारक बल "तह" पदार्थ कसरी गर्छ?

1. केन्द्रापसारक बल को प्रकृति

केन्द्रापसारक बल एक जड़त्वीय बल हो जसले "भर्चुअल बल" उत्पन्न गर्दछ जसले वस्तुलाई परिक्रमाको केन्द्रबाट टाढा लैजान्छ किनकि यो आफ्नो अक्षको वरिपरि घुम्छ। सूत्र छ:

F = m × ω² × r
(m: वस्तुको द्रव्यमान; ω: कोणीय वेग; r: परिक्रमाको त्रिज्या)

2. कार्यप्रवाह

1. नमूनालाई सेन्ट्रीफ्यूज ट्यूबमा लोड गर्नुहोस् र यसलाई रोटरमा सममित रूपमा राख्नुहोस् (सन्तुलन सुनिश्चित गर्नुहोस्);
2. गति (RPM) र सेन्ट्रीफ्यूगेशन सुरु गर्न समय सेट गर्नुहोस्;
3. उच्च-गति रोटेशन अन्तर्गत, घना कम्पोनेन्टहरू अवक्षेपणहरू बनाउन बाहिर बस्छन्; घना माथिल्लो तहमा रहन्छ;
4. रोकेपछि, तरललाई घनत्व ढाँचा अनुसार तहमा राखिएको छ र तहद्वारा तह अवशोषित गर्न सकिन्छ।

• रोटर: सेन्ट्रीफ्यूज ट्यूब बोक्ने कोर कम्पोनेन्ट (कोणीय रोटर/तेर्सो रोटर);
• मोटर चलाउनुहोस्: रोटरी शक्ति प्रदान गर्दछ;
• प्रशीतन प्रणाली (वैकल्पिक): ओभरहेटिंगबाट नमूनाहरूलाई रोक्छ;
• नियन्त्रण प्रणाली: गति, समय र तापमान समायोजन गर्नुहोस्।

सेन्ट्रीफ्यूजको वर्गीकरण र मूल मापदण्डहरू

1. गति द्वारा वर्गीकरण

2. मुख्य प्यारामिटरहरूको विश्लेषण

सापेक्ष केन्द्रापसारक बल (RCF): वास्तविक विभाजन दक्षताको सूचक, सूत्र:

RCF = 1.118 × 10⁻⁵ × r × (RPM)²
(r: परिक्रमाको त्रिज्या, सेन्टिमिटरको एकाइ)

तापमान नियन्त्रण दायरा: -20 ℃ देखि 40 ℃ गर्मी-संवेदनशील नमूनाहरू जोगाउन;
रोटर क्षमता: 0.2mL को सानो मात्रा देखि 1L को ठूलो मात्रा मा, यो विभिन्न आवश्यकताहरु लाई अनुकूलित गर्न सकिन्छ।

क्लासिक अनुप्रयोग उदाहरणहरू

उदाहरण १: रक्त स्तरीकरण (चिकित्सा परीक्षण)

उद्देश्य: प्लाज्मा, सेतो रक्त कोशिका र रातो रक्त कोशिकाहरू अलग गर्नुहोस्।

1. सम्पूर्ण रगत नमूनाहरू सङ्कलन र anticoagulant थप्नुहोस्;
2. 10 मिनेटको लागि 3000 RPM मा अपकेंद्रित्र;
3. स्तरीकृत परिणामहरू (माथि देखि तल): प्लाज्मा (55%), सेतो रक्त कोशिका/प्लेटलेट (<1%), रातो रक्त कोशिका (45%)।

उदाहरण २: अर्गानेल्सको अलगाव (जैविक अनुसन्धान)

लक्ष्य: माइटोकोन्ड्रिया वा सेल न्यूक्ली निकाल्नुहोस्।

1. सेल lysis पछि, होमोजेनेट कम गति (1000 RPM) मा अबाधित कोशिकाहरू हटाउन सेन्ट्रीफ्यूज गरिएको थियो;
2. माइटोकन्ड्रियाको प्रक्षेपण गर्न सुपरनेटेन्टलाई १०,००० आरपीएममा सेन्ट्रीफ्युज गरिएको थियो;
3. माइक्रोसोमहरू प्राप्त गर्न अन्तिम सुपरनेटेन्ट अल्ट्रासेन्ट्रिफ्यूज (100,000 RPM) थियो।

कुञ्जी: ग्रेडियन्ट सेन्ट्रीफ्युगेशन (जस्तै, सुक्रोज घनत्व ढाँचा) द्वारा शुद्धता सुधारिएको छ।

उदाहरण ३: DNA निकासी (आणविक जीवविज्ञान)

उद्देश्य: कोशिकाहरूबाट डीएनए अलग गर्नुहोस् र शुद्ध गर्नुहोस्।

1. डीएनए रिलिज गर्न कोशिकाहरू लाइज गर्दै;
2. सिलिका जेल झिल्लीमा DNA सोख्न उच्च गतिमा बाइन्डिङ बफर र सेन्ट्रीफ्यूज थप्नुहोस्;
3. अशुद्धता हटाउन धुलाई;
4. डीएनए कम-स्पीड सेन्ट्रीफ्यूगेशन द्वारा एल्युट गरिएको थियो।

डीएनए केन्द्रापसारक शुद्धीकरण प्रक्रिया

उदाहरण ४: न्यानो सामग्रीको शुद्धिकरण (सामग्री विज्ञान)

उद्देश्य: विभिन्न कण आकारका सुनको न्यानो कणहरू अलग गर्न।

1. संश्लेषित मिश्रण ग्रेडियन्ट गतिमा सेन्ट्रीफ्यूज गरिएको छ:
2. 5000 RPM ले ठूलो कण समुच्चय हटाउँछ;
3. 15,000 RPM मा लक्ष्य कण आकार (जस्तै, 20nm) सङ्कलन गर्नुहोस्;
4. 20,000 RPM ले साना कणहरू (5nm) क्याप्चर गर्छ।

ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (TEM) कण आकार वितरण प्रमाणित।

परिचालन सावधानीहरू

• सन्तुलन र सममिति: रोटर असन्तुलनले गर्दा हुने दुर्घटनाहरूबाट बच्न ≤0.1g को गुणस्तर भिन्नताको साथ सेन्ट्रीफ्यूज ट्यूबहरू सममित रूपमा राख्न आवश्यक छ;
• गति सीमा: रोटरको मूल्याङ्कन गरिएको गति भन्दा बढि कडाई गर्न निषेध गरिएको छ;
• जैविक सुरक्षा: रोगजनक नमूनाहरूलाई सिल गरिएको रोटर वा बायोसेफ्टी सेन्ट्रीफ्यूजहरूको प्रयोग आवश्यक पर्दछ;
• मर्मतसम्भार: नियमित रूपमा रोटर जंग सफा गर्नुहोस् र सील घण्टीहरूको उमेरको लागि जाँच गर्नुहोस्।

भविष्यको दृष्टिकोण: बुद्धिमत्ता र लघुकरण

• बुद्धिमान सेन्ट्रीफ्यूज: बिल्ट-इन सेन्सरहरूले वास्तविक समयमा केन्द्रापसारक बल र तापमान मोनिटर गर्दछ र स्वचालित रूपमा प्यारामिटरहरू समायोजन गर्दछ;
• ह्यान्डहेल्ड सेन्ट्रीफ्यूज: यूएसबी-संचालित माइक्रो उपकरण द्रुत अन-साइट परीक्षणको आवश्यकताहरू पूरा गर्न;
• हरियो डिजाइन: कम आवाज, कम ऊर्जा रोटरहरू मुख्यधारा भएका छन्।

सेन्ट्रीफ्यूजहरूले सरल भौतिक सिद्धान्तहरू मार्फत जटिल मिश्रित प्रणालीहरूको कुशल पृथकीकरण प्राप्त गर्छन्। चिकित्सा निदान देखि अत्याधुनिक वैज्ञानिक अनुसन्धान को लागी, यो वैज्ञानिक विकास को सीमाहरु लाई धक्का जारी छ। यसको सिद्धान्तहरू र मानकीकरण कार्यहरू बुझ्नु प्रत्येक प्रयोगकर्ताको लागि आवश्यक सीपहरू हुन्।