Avi Issachar
- 4 באפר׳
- זמן קריאה 6 דקות

מדריך צנטריפוגות - תפעול ותחזוקת צנטריפוגה במעבדה

עודכן: 24 באפר׳

למה משמשת צנטריפוגה?

צנטריפוגה (סרכזת בעברית) משמשת להפרדת חומרים, כגון נוזלים וגזים, באמצעות נתיב סיבובי ועל בסיס צפיפות החומר. במעבדות מחקר ובקליניקות, תפקידן של צנטריפוגות כולל גם איסוף תאים וכן טיהור אברונים, וירוסים, חלבונים וחומצות גרעין.

קטלוג הצנטריפוגות שלנו >

לצנטריפוגות יש היסטוריה ארוכה. הצנטריפוגה המסחרית הראשונה הושקה בשנת 1864 - עת פיתח אנטונין פרנדל צנטריפוגה להפרדת שמנת מחלב. חמש שנים מאוחר יותר, ב-1869, היה פרידריך מישר האדם הראשון שהשתמש בצנטריפוגה במעבדה כדי לבודד אברון תא.

דוגמה לשימוש בצנטריפוגות בסביבה קלינית היא להפרדה של רכיבי דם מלא. סרום מתקבל על ידי דגימת דם מלאה הנותרת להיקרש בטמפרטורת החדר. לאחר מכן הדגימה עוברת תהליך סרכוז, ולאחר שהקריש מוסר הוא משאיר סופרנטנט בסרום.

בניגוד לסרום, הפלזמה מתקבלת מדם מלא שלא נותר להיקרש - ומכילה סרום יחד עם גורמי קרישה. כדי לקבל פלזמה, דגימת דם מלא נאספת בצינורות שטופלו בנוגדי קרישה. לאחר צנטריפוגה, התאים מוסרים ומשאירים סופרנטנט פלזמה.

איך עובדת צנטריפוגה ומה היא עושה?

עקרונות הפעולה של צנטריפוגה פשוטים להפליא. צנטריפוגה משמשת להפרדת חלקיקים התלויים בנוזל לפי גודלם וצפיפותם, צמיגות המדיום ומהירות הרוטור.

כאשר הרוטור מסתובב סביב ציר מרכזי, נוצר כוח צנטריפוגלי הפועל להרחקת מסה מציר הסיבוב. אם הכוח הצנטריפוגלי עולה על כוחות הציפה של מדיה נוזלית וכוח החיכוך שנוצר על ידי החלקיק, החלקיקים ישקעו. הצנטריפוגה מנצלת אפילו הבדלים זעירים בצפיפות כדי להפריד חלקיקים בתוך התמיסה.

איך בוחרים צנטריפוגה למעבדה?

גודל הצנטריפוגה

צנטריפוגות זמינות בדגמים שונים, לרוב שולחניים או רצפתיים. דגמים רצפתיים מציעים קיבולת דגימה גדולה יותר ויכולים להשיג מהירויות גבוהות.

צנטריפוגות על-מהירות יכולות להשיג כוח g מרבי (כוח צנטריפוגלי יחסי - RCF) של למעלה מ-70,000 g, ואולטרה-צנטריפוגות (המשמשות לעתים קרובות לפירוק DNA או RNA) יכולות להשיג עד 1,000,000 g. עבור יישומים בעלי קיבולת גדולה ומהירות נמוכה, קיימות צנטריפוגות במהירות נמוכה המגיעות לכ-7,000 g.

דגמים שולחניים תופסים פחות מרחב, ודגמים לשימוש כללי הם אידיאליים למגוון רחב של יישומים. קיימות צנטריפוגות שולחניות רבות, כולל דגמי מהירות גבוהה, מיקרו-צנטריפוגות, דגמים קליניים ודגמים הכוללים שטיפת תאים. דגמים שולחניים קליניים פועלים בדרך כלל במהירויות נמוכות יותר, ומתאימים ליישומי אבחון ושטיפת פסולת מתאי דם אדומים.

סוגי צנטריפוגות

הבנת הסוגים השונים של צנטריפוגות חורגת מהסיווג הבסיסי של דגמי שולחן ורצפה. להלן כמה סוגים אחרים של צנטריפוגות שניתן לסווג כאחד מהשניים הללו, אך יש להם מאפיינים אחרים שיוצרים הבדלים משמעותיים.

צנטריפוגות מקוררות - מתוכננות לשמור על טמפרטורה קבועה כדי להגן על דגימות רגישות לחום. צנטריפוגות אלו נפוצות במעבדות ביולוגיות, ביוכימיות וקליניות.

מיקרו צנטריפוגות - מיועדות לעיבוד נפחי דגימה קטנים, במהירות גבוהה ובקנה מידה קטן. טביעת הרגל הקומפקטית שלהן הופכת אותן מתאימות למעבדות בהן שטח השולחן מוגבל. הן נפוצות במעבדות לביולוגיה מולקולרית לצורך הכנת דגימות DNA/RNA וחלבון.

אולטרה צנטריפוגות - כפי שהשם מרמז, אולטרה צנטריפוגות מיועדות לסיבוב מהיר במיוחד. עם דגמים המסוגלים להגיע ל-60,000 עד 150,000 סל"ד, הן מתאימות היטב להפרדת חלקיקים עדינים מאוד כמו וירוסים וריבוזומים. אולטרה צנטריפוגות משמשות לעיתים קרובות במסגרות רפואיות, כגון במעבדות המטולוגיה להפרדת דם וניתוח.

אולטרה צנטריפוגות אנליטיות - בדרך כלל, צנטריפוגות הן חלק מתהליך הכנת הדגימות של המעבדה למטרת אנליזה. עם זאת, אולטרה צנטריפוגות אנליטיות ממלאות תפקיד פעיל בניתוח. הן מצוידות במערכות אופטיות כגון UV-Vis או זיהוי פלואורסצנטיות המנתחות דגימות בזמן אמת במהלך הסרכוז. בתוך כך הן יכולות לספק מידע מפורט על מאפייני המולקולות, כגון מהירות שיקוע.

צנטריפוגות ואקום - מכונות גם גם סרכזי ואקום או מאיידים צנטריפוגליים, צנטריפוגות אלו הן סוג ייחודי המייצר ואקום בתוך החדר בזמן הסיבוב. במקום להפריד רכיבים על בסיס צפיפות כמו צנטריפוגה רגילה, מאיידים צנטריפוגליים מרכזים דגימות על ידי אידוי ממסים. בדומה למייבש הקפאה, יצירת ואקום בתא מורידה את נקודת הרתיחה של ממסים, ומאפשרת להם להתאדות מהר יותר ולהשאיר דגימות מרוכזות. צנטריפוגות ואקום נפוצות בפיתוח תרופות פרמצבטיות ובמחקר גנומי ופרוטאומי, שם הן משמשות לטיהור DNA/RNA וחלבונים.

סוגי רוטור בצנטריפוגה

ישנם שני עיצובי רוטור נפוצים מאוד: זווית קבועה לעומת מכל מתנדנד. רוטור הזווית הקבועה מיועד להחזיק מבחנות במצב קבוע בזווית קבועה ביחס לציר הסיבוב האנכי (עד כ-45°). הסרכוז יגרום לחלקיקים לשקוע בתחתית המבחנה. עם זאת - אם מהירות העבודה לא מותאמת לזווית המבחנה, המשקעים יווצרו לאורך הדופן.

עיצוב המכל המתנדנד מאפשר למבחנות להתנדנד החוצה ממצב מנוחה אנכי, עד שיתמקמו בצורה אופטימלית ביחס למהירות הסיבוב. כתוצאה מכך, משקעים יווצרו בתחתית המבחנות.

רוטורים עם זווית קבועה הם אידיאליים עבור יישומי פלטות, או להסרת חלקיקים מתרחיף והשלכת הפסולת. רוטורים של מכל מתנדנד הם הטובים ביותר להפרדת דגימות בנפח גדול במהירויות נמוכות, כמו גם לגרדיאנטים גדולים של צפיפות.

מהירות הצנטריפוגה (RPM לעומת RCF)

צנטריפוגות שונות עם רדיוסי סיבוב שונים, הפועלות באותה מהירות סיבוב, יתנו תוצאות שונות. מדוע? מכיוון שבכל אחת מהן תפעל תאוצה שונה, שנמדדת בכפולות של g (תאוצת הכובד בכדור הארץ - 9.8 מטר לשנייה בכל שנייה).

התאוצה המופעלת על דגימה מסוימת בצנטריפוגה נמדדת ביחידות RCF. כדי לחשב את RCF יש להשתמש במשוואה הבאה, הלוקחת בחשבון גם את מספר הסיבובים לדקה (RPM), או סל"ד בקיצור:

משוואת RCF של צנטריפוגה — מקור: Wikipedia

ככל שהסל"ד עולה, כך עולה גם התאוצה.

צנטריפוגות ליישומים שונים

חיוני לבחור צנטריפוגה המתאימה ליישום הספציפי. בעת רכישת צנטריפוגה, חשוב לקחת בחשבון את השאלות הבאות:

עם אילו נפחים לדוגמה אתם עובדים? עבור תהליכים הכוללים נפחים גדולים או משתנים, דגם רצפתי עם קיבולת גבוהה יותר ותצורות רוטור שונות עשוי להיות הפתרון הטוב ביותר.
האם הדגימות רגישות לטמפרטורה? אם כן, נדרשת צנטריפוגה עם אפשרויות קירור ובקרת טמפרטורה.
האם הצנטריפוגה תשמש לעיבוד דגימות קליניות או בנק דם? מכונות שטיפה תאית או דגמים קליניים זמינים עבור יישומים ספציפיים אלה.
כמה שטח-מעבדה פנוי קיים בהשוואה לגודל הצנטריפוגה?
מהו כוח ה-g המקסימלי שהצנטריפוגה מסוגלת לייצר? צנטריפוגות במהירות נמוכה הן אידיאליות להפרדת תאים שלמים, בעוד שאולטרה-צנטריפוגות נחוצות להפרדת DNA ו-RNA.

שימוש בטוח בצנטריפוגה - כללי בטיחות

הקפידו על משטח עבודה יציב וישר

ודאו תמיד שהצנטריפוגה נמצאת על משטח מתאים לפני ההפעלה.

איזון הצנטריפוגה

הפעלת צנטריפוגה לא מאוזנת עלולה לגרום לנזק משמעותי, ואף לפצוע את המפעיל ואנשי מעבדה אחרים. המסה במבחנות במיקומים נגדיים צריכה להיות קרובה ככל האפשר - פקטור חשוב יותר ויותר במהירויות רוטור גבוהות מאוד.

רצוי לאזן מסות ל-0.1 גרם הקרובים ביותר, וחשוב לאזן צינורות לפי מסה, לא לפי נפח. לדוגמה, אין לאזן דגימה המורכבת מנוזל בעל צפיפות גבוהה או נמוכה יותר ממים עם נפח שווה של מים.

אין לפתוח את המכסה בזמן שהרוטור נע

לצנטריפוגות רבות יש "כיבוי בטיחות". עם זאת, הכיבוי יעצור רק את הזרמת החשמל לרוטור, שימשיך להסתובב בשל כוח ההתמדה העצמי שלו במשך זמן מה, עד שיואט לכדי עצירה על ידי כוחות חיכוך.

אם הצנטריפוגה מתנודדת או רועדת - הוציאו את התקע החשמלי

מעט רטט הוא בהחלט נורמלי, אבל כמויות מוגזמות עלולות להוות סכנה. ראשית, בדקו שוב שהמבחנות מאוזנות כהלכה. אם זה לא פותר את הבעיה, אל תפעילו את הצנטריפוגה עד שהיא טופלה על ידי היצרן או המשווק.

איך מאזנים צנטריפוגה

למה בכלל צריך לאזן צנטריפוגה?

לפני הפעלת הצנטריפוגה, יש צורך לטעון אותה כראוי. איזון הצנטריפוגה מונע נזק אפשרי למכשיר, והוא חיוני לפעולה בטוחה.

איך לאזן צנטריפוגה?

ודאו שהמבחנות מלאות באופן שווה. אם נדרשות מבחנות נוספות כדי להגיע לאיזון, מלאו אותן במים או בנוזל בעל צפיפות דומה לדגימה, וודאו שהמסה מאוזנת עד ל-0.1 גרם הקרובים ביותר.
עבור כל מבחנה המוכנסת לרוטור, הוסיפו מבחנה במשקל שווה במיקום הנגדי. זה יבטיח שמרכז הכובד יישאר במרכז הרוטור.
סובבו את הרוטור 90 מעלות והוסיפו שתי מבחנות נוספות ישירות אחד מול השנייה.
חזרו על הפעולה.

כיצד לאזן 3, 5 או 7 מבחנות

בצנטריפוגה עם 12 עמדות יש שתי דרכים לאזן שלוש מבחנות:

האפשרות הראשונה היא להכניס 3 מבחנות דגימה אחת ליד השנייה, וליצור 3 מבחנות איזון שימוקמו ישירות מול מבחנות הדגימה.
לחלופין, 3 מבחנות-מדגם עשויים להיות מרווחות באופן שווה סביב הרוטור.

כדי לאזן 5 מבחנות, צרו צינור איזון אחד והניחו שני סטים של שלוש מבחנות זה מול זה. כדי לאזן 7 מבחנות, הוסיפו מבחנת איזון אחת והניחו שני סטים של 4 מבחנות זה מול זה.

איך מתחזקים צנטריפוגה?

מהם השלבים הבסיסיים לתחזוקה נכונה של צנטריפוגה?

כדי לשמור על הצנטריפוגה במצב טוב, בצעו את השלבים הפשוטים הבאים:

יש לשמן באופן קבוע את הצנטריפוגה, במיוחד את טבעות ה-O המגנות מפני דליפת דגימה.
ודאו שכל רכיבי ההברגה מנוקים ומשומנים עם שמן ייעודי, כדי למנוע החלדה.
הדריכו את כל המשתמשים לתפעול נכון, כולל מיקום המכל, איזון המבחנות ועמידה בהנחיות מהירות הרוטור.

איך בודקים את מידת הבלאי בצנטריפוגה?

בדיקת שריטות או השפעות של חשיפה כימית על הרוטור.
שימו לב לכל רעש חריג, רטט, רעידות או שחיקה, ועצרו היחידה מייד אם אלה מתרחשים.

איך מנקים צנטריפוגה?

נקו את המכשיר באופן קבוע עם תמיסות ניטרליות כמו אלכוהול או חומרי חיטוי על בסיס אלכוהול.
השתמשו במטלית רכה עבור רוטורים ואביזרים.
ניקוי יומי צריך לכלול את פני השטח והחלק הפנימי, תא הרוטור וכל רכיב אלקטרוני כגון מסכי מגע ומקלדות.
שימו לב לסוגי הדגימות ולכל פרוטוקולי הניקוי הספציפיים הנדרשים לנזילות.

הבנת ההבדלים בין סוגי הצנטריפוגות חיונית לכל פעולת מעבדה. בין אם אתם מפרידים ביו-מולקולות עדינות או מנתחים מבנים מקרו-מולקולריים מורכבים, הצנטריפוגה הנכונה יכולה לשפר משמעותית את היעילות והדיוק של עבודתכם. תפעול ותחזוקה נכונים הם המפתח לאריכות החיים והביצועים של הצנטריפוגה.