الطرد المركزي: ما هو ، أنواع ، أهمية ، أمثلة
الطرد المركزي هو تقنية أو طريقة أو إجراء ، يفصل ميكانيكيا أو فيزيائيا بين الجزيئات أو الجزيئات بكثافات مختلفة والتي توجد أيضا في وسط سائل. حجر الأساس لها هو تطبيق قوة الطرد المركزي ، التي طبقها فريق يسمى الطرد المركزي.
بواسطة الطرد المركزي ، يمكن فصل مكونات عينة السائل وتحليلها. من بين هذه المكونات فئات مختلفة من الجزيئات أو الجزيئات. يشار إلى الجزيئات المختلفة للخلايا كجزيئات ، إلى العضيات الخلوية للخلايا ، وحتى إلى أنواع متعددة من الخلايا ، من بين أشياء أخرى.
يعتبر ثيودور سفيدجر أحد رواد الأبحاث في مجال الطرد المركزي. جائزة نوبل في عام 1926 ، قررت أن الجزيئات أو الجزيئات ذات أحجامها الخاصة ، لها معاملات مختلفة من الترسبات S. "S" يأتي من Svedger ، تكريما لعمله.
الجسيمات ، لذلك ، تمتلك معدلات الترسيب المميزة. هذا يعني أنه لا يتصرف جميعًا بالطريقة نفسها تحت تأثير قوة الطرد المركزي معبراً عنها في الثورات في الدقيقة (دورة في الدقيقة) ، أو كدالة لنصف قطر الدوار (قوة الطرد المركزي النسبية ، g ).
من بين العوامل التي تحدد S وسرعته ، على سبيل المثال ، خصائص الجزيئات أو الجزيئات ؛ خصائص المتوسطة. تقنية أو طريقة الطرد المركزي ؛ ونوع أجهزة الطرد المركزي المستخدمة ، من بين جوانب أخرى.
يتم تصنيف الطرد المركزي وفقا لفائدة نفسه. في الإعداد ، عندما تقتصر على فصل مكونات العينة ؛ وفي التحليلات ، عندما تسعى أيضًا إلى تحليل الجزيء المنفصل أو الجسيم. من ناحية أخرى ، يمكن تصنيفها أيضًا وفقًا لشروط العملية.
كان الطرد المركزي بمختلف أنواعه ضروريًا للنهوض بالمعرفة العلمية. تستخدم في مراكز البحوث ، وقد سهلت فهم العمليات الكيميائية الحيوية والبيولوجية المعقدة ، من بين أمور أخرى كثيرة.
ماذا تتكون؟ (عملية)
أساس الطرد المركزي
تعتمد عملية الطرد المركزي على حقيقة أن الجزيئات أو الجزيئات التي تشكل عينة في المحلول ، سوف تدور عند الدوران في جهاز يسمى الطرد المركزي. يؤدي هذا إلى فصل الجزيئات عن الوسط المحيط عند الترسبات بسرعات مختلفة.
وتستند هذه العملية على وجه التحديد على نظرية الترسيب. وفقًا لهذا ، فإن الجسيمات ذات الكثافة الأكبر ستستقر ، بينما تبقى باقي المواد أو مكونات الوسط معلقة.
لماذا؟ لأن الجزيئات أو الجزيئات لها أحجامها وأشكالها وكتلها وأحجامها وكثافاتها الخاصة. لذلك ، لا يتمكن جميعهم من الترسب بنفس الطريقة ، مما يترجم إلى معامل ترسيب مختلف S ؛ وبالتالي ، بمعدل ترسيب مختلف.
هذه الخصائص هي ما يسمح بفصل الجزيئات أو الجزيئات بقوة الطرد المركزي بسرعة معينة للطرد المركزي.
قوة الطرد المركزي
ستتأثر قوة الطرد المركزي بعدة عوامل من شأنها تحديد الترسبات: تلك المتأصلة في الجزيئات أو الجزيئات ؛ لخصائص البيئة التي توجد فيها ؛ والعوامل المتعلقة بالطرد المركزي حيث يتم إجراء الطرد المركزي.
فيما يتعلق بالجزيئات أو الجزيئات ، فإن الكتلة والحجم المحدد وعامل التعويم لنفسها هي عوامل تؤثر على الترسبات.
فيما يتعلق بالبيئة المحيطة بهم ، فإن كتلة المذيبات النازحة ، وكثافة الوسط ، ومقاومة التقدم ومعامل الاحتكاك مهمة.
بالنسبة لأجهزة الطرد المركزي ، فإن أهم العوامل التي تؤثر في عملية الترسيب هي نوع الدوار والسرعة الزاوية وقوة الطرد المركزي وبالتالي سرعة الطرد المركزي.
أنواع أجهزة الطرد المركزي
هناك عدة أنواع من أجهزة الطرد المركزي التي يمكن من خلالها إخضاع العينة لسرعات مختلفة للطرد المركزي.
اعتمادًا على السرعة القصوى التي تم الوصول إليها ، والتي يتم التعبير عنها في تسارع الطرد المركزي (قوة الطرد المركزي النسبية g ) ، يمكن تصنيفها ببساطة على أنها أجهزة طرد مركزي ، حيث تصل سرعتها القصوى إلى حوالي 3000 جم .
بينما في ما يسمى أجهزة الطرد المركزي الفائقة ، يمكن تحقيق مدى سرعة أعلى يقترب من 25000 جم. وفي أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة ، تكون السرعة أعلى بكثير ، حيث تصل إلى 100000 جم.
وفقا لمعايير أخرى ، هناك أجهزة الطرد المركزي أو أجهزة الطرد المركزي الجدول ، والتي هي خاصة لتنفيذ عملية الطرد المركزي في حجم صغير من العينة ، تصل إلى مجموعة من 12000 إلى 15000 غرام.
هناك أجهزة طرد مركزي عالية السعة تسمح بالطرد المركزي لعينات أكبر وعالية السرعة ، مثل أجهزة الطرد المركزي الفائق.
بشكل عام ، يجب التحكم في عدة عوامل لحماية الدوار والعينة من ارتفاع درجة الحرارة. لهذا ، تم إنشاء أجهزة الطرد المركزي الفائقة بشروط خاصة للفراغ أو التبريد ، من بين أمور أخرى.
أنواع الدوارات
أحد العناصر المحددة هو نوع الدوار ، والجهاز الذي يدور وأين يتم وضع الأنابيب. هناك أنواع مختلفة من الدوارات. من بين أهمها دوارات إمالة ، دوارات ذات زاوية ثابتة ، دوارات رأسية.
في الدوارات المائلة ، عند وضع الأنابيب في الأجهزة من هذا النوع من الدوار وعند التدوير ، ستحصل الأنابيب على ترتيب عمودي على محور الدوران.
في الدوارات ذات الزاوية الثابتة ، ستوضع العينات داخل هيكل صلب ؛ كما يظهر في الصورة وفي العديد من أجهزة الطرد المركزي.
وفي الدوارات العمودية في بعض أجهزة الطرد المركزي الفائقة ، ستدور الأنابيب بالتوازي مع محور الدوران.
أنواع الطرد المركزي
تختلف أنواع الطرد المركزي حسب الغرض من تطبيقه والظروف التي يتم فيها تنفيذ العملية. قد تختلف هذه الشروط حسب نوع العينة وطبيعة ما تريد فصله و / أو تحليله.
هناك معيار التصنيف الأول على أساس الهدف أو الغرض من أدائها: الطرد المركزي التحضيري والطرد المركزي التحليلي.
الطرد المركزي التحضيري
يتلقى هذا الاسم عند استخدام الطرد المركزي بشكل رئيسي لعزل أو فصل الجزيئات أو الجزيئات أو أجزاء الخلية أو الخلايا ، لاستخدامها لاحقًا أو تحليلها. كمية العينة التي تستخدم عادة لهذا الغرض كبيرة نسبيا.
الطرد المركزي التحليلي
يتم إجراء الطرد المركزي التحليلي من أجل قياس أو تحليل الخواص الفيزيائية ، مثل معامل الترسيب والكتلة الجزيئية للجزيئات المترسبة.
الطرد المركزي على أساس هذا الهدف يمكن القيام به من خلال تطبيق شروط موحدة مختلفة ؛ كما هو الحال ، على سبيل المثال ، واحدة من تقنيات تحليل الطرد المركزي الفائق ، والذي يسمح بتحليل الجزيئات أو الجزيئات التي يتم فصلها ، حتى عندما يحدث الترسيب.
في بعض الحالات المحددة ، قد تكون هناك حاجة لاستخدام أنابيب الطرد المركزي الكوارتز. وبالتالي ، فهي تسمح بمرور الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية ، لأنه خلال عملية الطرد المركزي تتم مراقبة الجزيئات وتحليلها باستخدام نظام بصري.
على وجه التحديد ، هناك معايير تصنيف أخرى تعتمد على الخصائص أو الشروط التي يتم فيها تنفيذ عملية الطرد المركزي. هذه هي: الطرد المركزي التفاضلي ، الطرد المركزي النطاقي أو النطاقي وتوازن الطرد المركزي أو توازن الترسيب.
الطرد المركزي التفاضلي
يتكون هذا النوع من الطرد المركزي من إخضاع العينة للطرد المركزي ، بشكل عام مع دوار زاوي ، لوقت وسرعة محددين.
يعتمد على فصل الجسيمات باختلافها في سرعة الترسيب ، والتي ترتبط مباشرة بأحجامها. تلك ذات الحجم الأكبر والأكبر من الرواسب في قاع الأنبوب ؛ في حين أن تلك الأصغر حجما ، ستبقى معلقة.
الفصل المعلق للرواسب أمر حيوي في هذا النوع من الطرد المركزي. يجب صب الجسيمات المعلقة أو إزالتها من الأنبوب ، بحيث يمكن تعليق الحبيبات أو الحبيبات في مذيب آخر لمزيد من التنقية ؛ وهذا هو ، يتم الطرد المركزي مرة أخرى.
هذا النوع من التقنية غير مفيد لفصل الجزيئات. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدامه لإجراء فصل ، على سبيل المثال ، عضيات الخلية ، عن الخلايا ، بين جزيئات أخرى.
الطرد المركزي أو النطاقي
تقوم الطرد المركزي النطاقي أو النطاقي بفصل مكونات العينة بناءً على اختلاف S عند اجتياز وسيط باستخدام معامل تدرج كثيف التشكيل. مثل Ficoll ، أو السكروز ، على سبيل المثال.
توضع العينة أعلى التدرج في أنبوب الاختبار. بعد ذلك ، يتم نقله إلى أجهزة الطرد المركزي بسرعة عالية والفصل يحدث في نطاقات مختلفة مرتبة على طول الوسيط (كما لو كان الجيلاتين مع طبقات متعددة).
تقع الجسيمات ذات القيمة المنخفضة لـ S في بداية الوسط ، بينما يتم توجيه الجزيئات الأكبر أو الأكبر S نحو أسفل الأنبوب.
مع هذا الإجراء ، يمكن فصل المكونات الموجودة في نطاقات الترسيب المختلفة. من المهم التحكم في الوقت جيدًا لتجنب أن تستقر جميع الجزيئات أو جزيئات العينة في أسفل الأنبوب.
الطرد المركزي Isopycnic وأنواع أخرى
-هناك العديد من الأنواع الأخرى من الطرد المركزي ، مثل isopycnic. هذا متخصص في فصل الجزيئات ، حتى لو كانت من نفس النوع. يتلاءم الحمض النووي بشكل جيد مع هذا النوع من الجزيئات ، حيث أنه يقدم تباينات في متواليات وكمية قواعده النيتروجينية ؛ وبالتالي ، الرواسب بسرعات مختلفة.
- توجد أيضًا عملية طرد مركزي فائق ، يتم من خلالها دراسة خصائص الترسيب للجزيئات الحيوية ، وهي عملية يمكن مراقبتها بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ، على سبيل المثال.
لقد كانت مفيدة في معرفة الهياكل الخلوية ، أو العضيات. كما سمح بالتقدم في البيولوجيا الجزيئية وفي تطوير البوليمرات.
تطبيقات
هناك مجالات لا حصر لها من العمل اليومي التي تستخدم أنواع مختلفة من الطرد المركزي. أنها تخدم في الخدمة الصحية ، في مختبرات التحليل الحيوي ، في صناعة الأدوية ، من بين مجالات أخرى. ومع ذلك ، يمكن تلخيص أهميتها في كلمتين: منفصلة وتميز.
يفصل الجزيئات
في الكيمياء ، كانت تقنيات الطرد المركزي المختلفة مهمة للغاية لأسباب عديدة.
يسمح بفصل جزيئين أو جزيئات غير قابلة للامتزاج. يساعد في القضاء على الشوائب أو المواد أو الجزيئات غير المرغوب فيها في العينة ؛ على سبيل المثال ، عينة يتم فيها حفظ البروتينات فقط.
في عينة بيولوجية ، مثل الدم ، يمكن فصل البلازما عن المكون الخلوي بواسطة الطرد المركزي. هذا يساهم في تحقيق أنواع مختلفة من الاختبارات الكيميائية الحيوية أو المناعية في البلازما أو المصل ، وكذلك للدراسات الروتينية أو الخاصة.
الطرد المركزي حتى يسمح لفصل أنواع الخلايا المختلفة. من عينة دم ، على سبيل المثال ، يمكن فصل خلايا الدم الحمراء من كريات الدم البيضاء أو خلايا الدم البيضاء ، وكذلك من الصفائح الدموية.
يمكن الحصول على نفس المنفعة بواسطة الطرد المركزي في أي من السوائل البيولوجية: البول ، السائل النخاعي ، السائل الأمنيوسي ، من بين أشياء أخرى كثيرة. بهذه الطريقة يمكن إجراء مجموعة كبيرة ومتنوعة من التحليلات.
كأسلوب توصيف
كما سمح بدراسة أو تحليل الخصائص أو الخصائص الهيدروديناميكية للعديد من الجزيئات ؛ أساسا من الجزيئات المعقدة أو الجزيئات الكبيرة.
وكذلك العديد من الجزيئات مثل الأحماض النووية. على نحو شامل ، فقد سهل وصف تفاصيل الأنواع الفرعية للجزيء نفسه مثل الحمض النووي الريبي ، من بين العديد من التطبيقات الأخرى.
أمثلة على الطرد المركزي
بفضل تقنيات الطرد المركزي المختلفة ، تم إحراز تقدم في المعرفة الدقيقة للعمليات البيولوجية المعقدة مثل المعدية وعمليات الأيض وغيرها.
- من خلال الطرد المركزي ، تم توضيح العديد من الجوانب التركيبية والوظيفية للجزيئات والجزيئات الحيوية. ومن بين هذه الجزيئات الحيوية ، يمكن ذكر بروتينات الأنسولين والهيموغلوبين ؛ ومن ناحية أخرى ، الأحماض النووية (الحمض النووي والحمض النووي الريبي).
- مع دعم الطرد المركزي وسعت المعرفة وفهم العديد من العمليات التي تحافظ على الحياة. واحد منهم هو دورة كريبس.
في هذا المجال نفسه من الاستخدام ، أثرت على معرفة الجزيئات التي تشكل سلسلة الجهاز التنفسي. وبالتالي ، إعطاء الضوء على عملية معقدة من الفسفرة المؤكسدة ، أو التنفس الخلوي الحقيقي ، من بين العديد من العمليات الأخرى.
- في النهاية ، ساهم في دراسة العمليات المختلفة مثل العدوى ، عن طريق السماح بتحليل المسار الذي يتبعه الحمض النووي المحقون بواسطة فج (فيروس من البكتيريا) والبروتينات التي يمكن للخلية المضيفة توليفها.
