遠心分離：構成要素、タイプ、重要性、例 - 化学 - 2025

遠心分離は、機械的または物理的に異なる密度を有する分子または粒子を分離し、液体媒体中に存在する、技術、方法又は手順です。その礎石は、遠心分離機と呼ばれる装置によって適用される遠心力の適用です。

遠心分離により、液体サンプルの成分を分離および分析できます。これらのコンポーネントの中には、分子または粒子の異なるクラスがあります。粒子として、とりわけ、異なる細胞断片、細胞のオルガネラ、さらには様々なタイプの細胞にも言及する。

遠心。出典：Flickr経由のMatt Janicki

Theodor Svedgerは、遠心分離研究の先駆者の1人と考えられています。1926年にノーベル賞を受賞、独自のサイズの分子または粒子は異なる沈降係数Sを持っていると判断しました。「S」は彼の研究に敬意を表して、Svedgerからのものです。

したがって、粒子には特徴的な沈降速度があります。つまり、1分あたりの回転数（rpm）で表される遠心力の作用下、またはローター半径の関数（相対遠心力、g）として、それらすべてが同じように動作するわけではありません。

Sとその速度を決定する要因には、たとえば、分子や粒子の特性があります。培地の特性; 遠心分離の技術または方法; 使用される遠心分離機の種類など。

遠心分離は、その有用性によって分類されます。準備において、それがサンプルの成分の分離に限定されている場合; 分析では、分離された分子または粒子の分析も試みます。一方、プロセス条件によって分類することもできます。

さまざまな種類の遠心分離は、科学的知識の進歩に不可欠です。研究センターで使用されており、とりわけ、複雑な生化学的および生物学的プロセスの理解を促進しています。

それは何で構成されていますか？（処理する）

遠心分離の基礎

遠心分離プロセスは、溶液中のサンプルを構成する分子または粒子が、遠心分離機と呼ばれるデバイスで回転すると回転するという事実に基づいています。これにより、粒子が異なる速度で落ち着くときに、粒子を囲む環境から粒子が分離します。

このプロセスは、特に堆積理論に基づいています。これによれば、密度の高い粒子は沈降し、環境の残りの物質または構成要素は浮遊したままになります。

どうして？分子や粒子には独自のサイズ、形状、質量、体積、密度があるためです。したがって、それらすべてが同じ方法で沈殿するわけではなく、これは異なる沈殿係数Sに変換されます。その結果、沈降速度が異なります。

これらの特性は、分子または粒子が所定の遠心分離速度で遠心力によって分離されることを可能にする特性です。

遠心力

遠心力は、沈降を決定するいくつかの要因の影響を受けます。分子または粒子に固有のもの。それらが存在する環境の特性に; および遠心分離手順が実行される遠心分離機に関連する要因。

分子または粒子に関して、質量、比体積、​​およびそれらの浮上係数は、沈殿における影響因子です。

それらを取り巻く環境に関しては、置換された溶媒の質量、媒体の密度、前進に対する抵抗、および摩擦係数が重要です。

遠心分離機に関して、沈降プロセスに影響を与える最も重要な要因は、ローターのタイプ、角速度、遠心力、そして結果的に遠心速度です。

遠心分離機の種類

サンプルをさまざまな速度の遠心分離にかけることができる遠心分離機にはいくつかの種類があります。

遠心加速度（相対遠心力g）で表される最大速度に応じて、最大速度が約3,000 gの遠心分離機として簡単に分類できます。

いわゆる超遠心分離機では、25,000 gに近い速度範囲に到達できます。そして超遠心機では、速度ははるかに速く、100,000 gに達します。

他の基準によると、12,000〜15,000 gの範囲に達する少量のサンプルで遠心分離プロセスを実行するのに特別な卓上型マイクロ遠心機または遠心機があります。

超遠心分離機など、より高速で大量のサンプルを遠心分離できる大容量の遠心分離機があります。

一般に、ローターとサンプルを過熱から保護するには、いくつかの要因を制御する必要があります。このために、超遠心分離機は、とりわけ特別な真空または冷凍条件で作成されています。

ロータータイプ

決定要素の1つは、ローターのタイプ、回転するデバイス、およびチューブが配置される場所です。ローターにはさまざまなタイプがあります。主なものには、スイングアームローター、固定角度ローター、垂直ローターがあります。

ローターを傾ける場合、このタイプのローターのデバイスにチューブを配置し、回転すると、チューブは回転軸に垂直な配置になります。

固定角度ローターでは、サンプルは固体構造の内部に配置されます。画像や多くの遠心分離機で見られるように。

また、一部の超遠心機の垂直ローターでは、チューブが回転軸と平行に回転します。

遠心分離の種類

遠心分離のタイプは、それらの用途の目的とプロセスが実行される条件によって異なります。これらの条件は、サンプルのタイプと、分離および/または分析されるものの性質によって異なる場合があります。

そのパフォーマンスの目的または目的に基づいた最初の分類基準があります。それは、分取遠心分離と分析遠心分離です。

分取遠心

遠心分離が、後で使用または分析するために分子、粒子、細胞断片または細胞を分離または分離するために主に使用される場合、この名前が付けられます。この目的で一般的に使用されるサンプルの量は比較的多くなります。

分析遠心

沈降係数や沈降した粒子の分子量などの物理的性質を測定または分析するために、分析的遠心分離が行われます。

この目的に基づく遠心分離は、さまざまな標準化された条件を適用することによって実行できます。たとえば、沈降が行われている場合でも、分離された分子または粒子を分析できる分析用超遠心分離技術の1つと同じです。

特定のケースでは、石英遠沈管の使用が必要になる場合があります。したがって、遠心分離プロセス中に分子が光学システムで観察および分析されるため、可視光と紫外光の通過が可能になります。

正確には、遠心分離プロセスが実行される特性または条件に応じて、他の分類基準があります。これらは、差動遠心分離、ゾーンまたはバンド遠心分離、等密度遠心分離または沈降平衡遠心分離です。

示差遠心分離

このタイプの遠心分離は、サンプルを特定の時間と速度で遠心分離します。

これは、粒子のサイズに直接関係する沈降速度の違いによる粒子の分離に基づいています。ますます大きくなるSは、チューブの底に定着します。小さい方は停止したままになります。

このタイプの遠心分離では、沈殿物の一時的な分離が不可欠です。浮遊粒子をデカンテーションまたはチューブから除去して、沈殿物またはペレットを別の溶媒に懸濁して、その後の精製を行う必要があります。つまり、再び遠心分離されます。

このタイプの手法は、分子の分離には役立ちません。代わりに、それは、例えば、細胞小器官、細胞、その他の粒子を分離するために使用することができます。

ゾーンまたはバンド遠心

ゾーン遠心分離またはバンド遠心分離は、密度勾配が事前に形成された媒体を通過するときに、Sの差に基づいてサンプルの成分の分離を実行します。例えば、フィコール、またはスクロース。

サンプルは、試験管の勾配の上に配置されます。次に、高速で遠心分離に進み、中央に沿って配置されたさまざまなバンドで分離が行われます（まるで多層のゼラチンのように）。

Sの値が小さい粒子は媒体の最初に残りますが、Sが大きい粒子やSが大きい粒子は、チューブの下部に移動します。

この手順を使用すると、さまざまな沈降バンドにある成分を分離できます。時間を十分に制御して、サンプルのすべての分子または粒子がチューブの底に沈むのを防ぐことが重要です。

等密度遠心分離およびその他のタイプ

-アイソピクニックなど、他の多くのタイプの遠心分離があります。これは、たとえ同じタイプであっても、高分子の分離を専門としています。DNAは、このタイプの高分子に非常によく適合します。これは、窒素含有塩基の配列と量にばらつきがあるためです。したがって、さまざまな速度で堆積します。

-超遠心分離もあり、これにより生体分子の沈降特性が研究されます。これは、たとえば紫外線を使用して監視できるプロセスです。

それは細胞内構造、またはオルガネラを理解するのに役立ちました。また、分子生物学およびポリマー開発の進歩を可能にしました。

用途

さまざまなタイプの遠心分離が使用される日常生活の無数の領域があります。これらは、医療サービス、生物分析研究所、製薬業界などで使用されています。ただし、その重要性は2つの言葉で要約できます。

粒子を分離する

化学では、さまざまな遠心分離技術が多くの理由で非常に重要であることが証明されています。

2つの混和性分子または粒子を分離することができます。サンプル中の不要な不純物、物質、または粒子を取り除くのに役立ちます。たとえば、タンパク質のみを保存したいサンプル。

血液などの生体サンプルでは、​​遠心分離により血漿を細胞成分から分離できます。これは、血漿または血清に対する生化学的または免疫学的検査のさまざまなタイプのパフォーマンスだけでなく、日常的または特別な研究にも貢献します。

遠心分離でさえ、異なるタイプの細胞を分離することができます。例えば、血液サンプルから、赤血球を白血球または白血球から、また血小板から分離することができます。

同じ有用性は、あらゆる体液の遠心分離で得られます：とりわけ、尿、脳脊髄液、羊水など。このようにして、さまざまな分析を実行できます。

特性評価手法として

また、多くの分子の特性や流体力学的特性を研究または分析することも可能にしました。主に複雑な分子または高分子の。

だけでなく、核酸などの多数の高分子。他の多くのアプリケーションの中でも、RNAなどの同じ分子のサブタイプの詳細を簡単に特徴付けることができます。

遠心分離の例

-さまざまな遠心分離技術のおかげで、とりわけ感染プロセスや代謝プロセスなどの複雑な生物学的プロセスの正確な知識が進歩しました。

-遠心分離により、分子および生体分子の多くの超微細構造および機能的側面が解明されました。そのような生体分子の中で、タンパク質インスリンとヘモグロビン; 一方、核酸（DNAおよびRNA）。

-遠心分離のサポートにより、生命を維持する多くのプロセスの知識と理解が広がりました。それらの1つはクレブスサイクルです。

これと同じ実用分野で、呼吸鎖を構成する分子の知識に影響を与えています。したがって、他の多くのプロセスの中でも、酸化的リン酸化の複雑なプロセス、または真の細胞呼吸の理解に光を与える。

-最後に、ファージ（バクテリアウイルス）によって注入されたDNAと宿主細胞が合成できるタンパク質がたどる経路の分析を可能にすることにより、感染症などの様々なプロセスの研究に貢献しました。

参考文献

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