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離心技術是現(xiàn)代生物化學、細胞學、分子生物學及醫(yī)學檢驗中最常用的物理分離方法之一。
賽默飛高速冷凍離心機 Legend Micro 17R 作為一款高精度臺式離心設備，利用高速旋轉產生的強大離心力，將樣品中不同密度、不同粒徑的顆粒分離出來。
其獨特之處在于：高速、高效、控溫精準，并能保持樣品在低溫環(huán)境下穩(wěn)定不變性。
理解 Legend Micro 17R 的離心原理，有助于操作者正確設定參數、提高分離效率、延長儀器壽命，并確保實驗數據的準確性和可重復性。
當物體繞固定軸旋轉時，受到兩個相反方向的力作用：
向心力（Fc）：指向旋轉中心，使物體保持圓周運動。
離心力（F）：相對于旋轉參考系表現(xiàn)為指向外的慣性力，數值等于向心力。
離心力的數學表達式為：
F = m × ω2 × r
其中：
m 為顆粒質量（kg）；
ω 為角速度（rad/s）；
r 為顆粒距旋轉中心的半徑（m）。
當離心機以高速運轉時，不同密度和質量的顆粒受到不同大小的離心力，從而沿半徑方向發(fā)生分離。
為了統(tǒng)一表示不同設備下的離心效果，引入了相對離心力（Relative Centrifugal Force, RCF）概念：
RCF = 1.118 × 10?? × r × (RPM)2
其中：
r：轉子半徑（cm）
RPM：每分鐘轉速
RCF 越大，顆粒沉降越快。
Legend Micro 17R 最大轉速可達 17,000 rpm，對應最大 RCF 約 25,000 × g，可實現(xiàn)細胞器、核酸、蛋白復合物等微粒級分離。
離心分離本質上是顆粒在流體中受力運動的過程。
顆粒在離心場中受到三種主要作用力：
離心力 F? = m ω2 r
?推動顆粒向外沉降；
浮力 F? = V ρ? ω2 r
?流體對顆粒產生的反向作用，取決于溶液密度 ρ?；
阻力 F? = 6 π η r? v
?顆粒在流體中移動時受到的黏滯阻力，取決于流體黏度 η、顆粒半徑 r? 及速度 v。
顆粒達到平衡速度時，三種力相互平衡：
m ω2 r – V ρ? ω2 r – 6 π η r? v = 0
此時沉降速度 v 即為穩(wěn)定速度。由此可見，顆粒沉降速度取決于顆粒尺寸、密度差、液體黏度與離心力強度。
最基礎的離心方式，通過逐級提高轉速和時間，使樣品中顆粒按大小和密度依次沉降。
常用于分離：
細胞核（低速 1,000 × g）；
線粒體（中速 10,000 × g）；
核糖體、病毒顆粒（高速 20,000 × g 以上）。
Legend Micro 17R 可在短時間內實現(xiàn)多級速度調控，適合差速分離實驗。
在離心管中建立密度梯度介質（如蔗糖、CsCl），顆粒在離心力作用下移動到與自身密度相等的位置。
用于分離：
DNA 亞型；
蛋白質復合物；
亞細胞組分。
樣品加載于梯度上層，離心后不同顆粒按沉降速率形成清晰區(qū)帶，不發(fā)生再混合。
適合分析性分離，常用于樣品純度檢測。
設備采用無刷感應電機（Brushless Induction Motor），特點如下：
啟動平穩(wěn)、噪音低；
無碳刷磨損，免維護；
電機響應快，轉速控制精度高（誤差 ≤ ±10 rpm）。
內置閉環(huán)速度反饋控制系統(tǒng)，通過光電傳感器實時監(jiān)測轉速并自動調整電流，實現(xiàn)恒速運行。
Legend Micro 17R 配備固定角轉子（Fixed-Angle Rotor），角度 25°–45°。
在離心過程中，顆粒沿管壁下滑至底部。
角度設計保證沉淀層緊密、沉降路徑短，分離效率高。
轉子材料為高強度陽極氧化鋁合金，兼顧輕量與強度，可承受高離心應力。
高速旋轉會產生大量熱量，溫度升高將影響生物樣品穩(wěn)定性。
Legend Micro 17R 采用無氟壓縮機制冷系統(tǒng)，配合溫度傳感器與PID 反饋控制，實現(xiàn) ?9 ℃ 至 +40 ℃ 范圍內的恒溫控制。
低溫環(huán)境下，樣品分離更加穩(wěn)定，避免酶活性喪失或蛋白降解。
顆粒在離心場中達到穩(wěn)定后，其沉降速度 v 可表示為：
v = (2 r?2 (ρ? – ρ?) ω2 r) / (9 η)
式中：
ρ?：顆粒密度；
ρ?：溶液密度；
η：溶液黏度。
由此可見，沉降速度與顆粒半徑平方成正比，與介質黏度成反比。
因此，較大顆粒或高密度顆粒會更快沉降。
固定角轉子中，顆粒沿斜面滑向底部，路徑短、沉降快。
離心時間 t 與沉降路徑 l 和速度 v 關系為：
t = l / v
通過調整轉速和時間，可控制顆粒是否完全沉降或保持懸浮。
溫度升高會降低溶液黏度，使沉降速度加快，但可能損害生物樣品活性。
Legend Micro 17R 的控溫系統(tǒng)通過快速制冷與恒溫調節(jié)，確保溫度波動不超過 ±1 ℃，在保持分離效率的同時保護樣品穩(wěn)定性。
高速離心設備中，平衡原理直接關系到機械安全。
對稱性平衡：轉子上各管孔需相對對稱、質量相等，防止偏心振動。
動態(tài)平衡檢測：Legend Micro 17R 內置振動傳感器，檢測轉子運行時的偏移量。
?一旦偏差超過允許范圍，系統(tǒng)立即停機，防止電機損壞。
蓋鎖保護機制：電控蓋鎖系統(tǒng)在運行期間自動鎖緊，防止腔蓋飛開。
這些安全設計確保在 17,000 rpm 高速狀態(tài)下設備依然平穩(wěn)運行。
在離心管中，液體不同位置離心力并不相等。距離轉軸越遠，離心力越大。
這種離心力梯度形成不同的密度層：
重組分迅速沉降到底部；
輕組分停留在上層；
中間形成過渡區(qū)。
樣品分層的清晰程度取決于：
轉速與時間；
樣品密度差；
轉子角度；
溫度與溶液黏度。
Legend Micro 17R 通過高精度速度控制，使分層界面銳利、沉淀緊密。
| 因素 | 影響說明 | 控制方式 |
|---|---|---|
| 轉速 | 決定離心力大小 | 根據樣品類型選擇合適 RCF |
| 離心時間 | 影響沉降完全程度 | 過短分離不完全，過長樣品過壓 |
| 溫度 | 影響?zhàn)ざ扰c樣品穩(wěn)定性 | 控溫在 4 ℃ 左右 |
| 樣品密度 | 決定沉降速率 | 使用密度梯度介質調整 |
| 轉子角度 | 決定沉降路徑 | 固定角轉子適合高速沉降 |
預冷轉子，降低熱量干擾；
嚴格平衡樣品，減少能量損失；
根據實驗目標選擇最優(yōu) RCF 與時間組合。
通過分級轉速離心實現(xiàn)細胞核、線粒體、微粒體的順序沉降。
原理依據顆粒密度和大小差異，低速去除大顆粒，高速獲得微粒組分。
利用高速離心使DNA或RNA與雜質分層，清洗后沉淀。
離心力確保核酸聚集并貼附于管底。
蛋白沉淀依賴于離心加速度與緩沖體系密度。
適當控制溫度與轉速，可保持蛋白活性。
在 8,000 – 12,000 rpm 條件下，細胞迅速聚集成緊密沉淀，便于后續(xù)裂解與提取。
描述顆粒沉降能力的參數：
s = v / (ω2 r)
單位為 Svedberg（S，1 S = 10?13 s）。
顆粒越大或密度越高，沉降系數越大。
在梯度離心中，不同 s 值的顆粒在梯度介質中停留于各自平衡位置，形成穩(wěn)定界面。
Legend Micro 17R 通過恒速控制，使界面清晰分布。
離心時間與沉降距離呈線性關系：
t = (ln r? – ln r?) / (s ω2)
合理設置時間可防止顆粒沉降過頭或重新懸浮。
高速旋轉會產生摩擦熱，使腔體溫度升高。
溫度升高會導致：
樣品黏度下降、離心速率變化；
生物分子失活。
Legend Micro 17R 采用以下溫控原理：
壓縮機制冷 —— 吸收腔體熱量；
熱傳導平衡 —— 金屬腔體快速散熱；
反饋調節(jié) —— 溫度傳感器實時監(jiān)測，PID 算法自動控制。
通過此系統(tǒng)，設備能在高速運行中保持低溫恒穩(wěn)，實現(xiàn)冷凍離心的“動態(tài)平衡控制”。
轉子在高速旋轉時，承受徑向拉應力與切向應力。
其安全設計依據公式：
σ = ρ ω2 (r?2 – r?2) / 2
為防止材料疲勞，轉子最大應力不得超過材料屈服極限的 70%。
Legend Micro 17R 的鋁合金轉子經過陽極氧化與動平衡測試，確保長期高速使用的結構安全。
制造過程中通過精密動平衡儀校準轉子質量分布，使振動幅度控制在 0.2 mm 以內，確保高速運轉穩(wěn)定。
樣品密度差不足：需引入梯度介質增強分離。
液體過多或過少：樣品體積影響離心路徑與阻力。
轉子選擇不當：角度越小，沉降越集中；角度越大，分層更明顯。
樣品裝載不平衡：會引起振動、離心力偏移。
溫度變化劇烈：改變介質黏度，影響分層清晰度。
離心不僅限于生物樣品分離，其原理廣泛用于：
納米顆粒純化；
醫(yī)用血漿制備；
藥物載體分級；
工業(yè)廢水中固液分離。
無論應用領域如何變化，其核心仍是“密度差驅動的加速沉降”，而 Legend Micro 17R 通過精密的控制系統(tǒng)將這一原理發(fā)揮到極致。
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