Центрифуги

6.1.1. Биологические и технические аспекты центрифугирирования.

Для выявления различных заболеваний и патологий, в лабораториях лечебных учреждений, проводят различные анализы и исследование. Основным из которых является анализ крови.

Различные показатели крови и отклонение их от нормы может сказать врачам о многом. Например, чрезмерное наличие сахара в крови свидетельствует о развитие сахарного диабета. Малое количество тромбоцитов говорит о развитии анемии и возможном заболевании кроветворительных органов (костный мозг, печень).

Анализы крови проводятся не только для оценивания состояния больного. Часто анализ крови проводят только для выявления группы крови и резус фактора. Т.к. эти данные очень важны при переливании крови.

Простое исследование крови проводят обычно химическим способом. При помощи реагентов. Но более сложные исследования крови требуют разделения крови на отделенными фракциями.

Сама кровь является тканью организма и несёт ряд жизненно важных функций. Таких как питание, защита и др. Кровь состоит из:

Плазма (55 %) – это раствор, состоящий из воды (90-92%) и сухой остаток (10 – 8%), состоящий из органических и неорганических веществ. В него входят форменные элементы - кровяные тельца и пластинки. Кроме того, в плазме содержится целый ряд растворенных веществ:

• Белки. Это альбумины, глобулины и фибриноген.

• Неорганические соли. Действуют как щелочной резерв, поддерживающий постоянство pH, и регулирует содержание воды.

Тромбоциты (1 %), или кровяные пластинки – плоские клетки неправильной округлой формы. Тромбоциты человека не имеют ядер - это фрагменты клеток, которые меньше половины эритроцита. Главной функцией тромбоцитов является участие в гемостазе.

Эритроциты (41 %) – это красные кровяные тельца, имеющие форму двояковогнутых дисков. Особая форма эритроцитов приводит к увеличению диффузионной поверхности, что способствует лучшему выполнению основной функции эритроцитов – дыхательной. Специфическая форма обеспечивает также прохождение эритроцитов через узкие капилляры.

Лейкоциты или белые кровяные шарики обладают полной ядерной структурой.

Нейтрофилы являются самой многочисленной группой. Основная их функция – фагоцитоз бактерий и продуктов распада тканей с последующим перевариванием их.

Эозинофилы основной их функцией является обезвреживание и разрушение токсинов белкового происхождения, чужеродных белков, а также комплекса антиген-антитело.

Базофилы продуцируют и содержат биологически активные вещества (гепарин, гистамин и др.), чем и обусловлена их функция в организме.

Моноциты обладают выраженной фагоцитарной функцией. Моноциты очищают место воспаления и подготавливают его для регенерации.

Лимфоциты – осуществляют формирование специфического иммунитета, синтез защитных антител, обеспечивают иммунную память. В свою очередь они делятся на:

Т-лимфоциты (тимусзависимые) – это лимфоциты, созревание которых происходит в вилочковой железе. Различают несколько форм Т-лимфоцитов:

Т–киллеры(убийцы); Т-хелперы(помощники); Т-супрессоры (угнетатели).

В-лимфоциты (бурсозависимые) осуществляют реакции гуморального иммунитета.

О-лимфоциты (нулевые) являются резервом Т- и В-лимфоцитов.

Получение форменных элементов для дальнейшего их использования и является основной задачей центрифуг. В настоящее время на мировом рынке представлено огромно множество биологических центрифуг которые могут центрифугировать не только кровь но и другие биологические жидкости. Области применения центрифуг:молекулярная, биология, иммунология, генодиагностика, микробиология, биохимия, клеточная биология

Основа центрифугирования кроется в том, что основные составляющие, например, крови (плазма и форменные элементы) имеют разную плотность. И если поместить пробирку с кровью в центрифугу и разогнать, допустим, до 1500Об/мин то, составляющие крови начнут разделяться по слоям. Чем больше плотность, тем ниже располагается слой. Но разделить на фракции кровь не достаточно, необходимо также, достаточно плавно разгонять центрифугу, чтобы уменьшить травму крови и предотвратить её слишком быстрое свёртывание. Так же важно плавно остановить центрифугу, для того чтобы разделённые по слоям составляющие крови не перемешались между собой и результат центрифугирования, не был потерян.

Рисунок 6.1. Тромбоциты.

Рисунок 6.2.

Рисунок 6.3.

Принцип действия основан на воздействии центробежных сил на неоднородные вещества находящиеся в пробирке

Разделение веществ с помощью центрифугирования основано на разном поведении частиц в центробежном поле. В центробежном поле частицы, имеющие разную плотность, форму или размеры, осаждаются с разной скоростью (рис. 6.2.).

В лабораториях для проведения анализов требуются разные по характеристикам центрифуги. И на рынке представлены центрифуги всех видов от ручных центрифуг, типа JM4 представленной на рисунке 6.3.

До высокоскоростных центрифуг, таких как, Sorvall WX 100 развивающих скорость до 100000 Об/мин. Они используются для выделения и очищения ДНК/РНК из клеток, для ультраочищения вирусов, подготовки протеомических образцов, включая очистку органелл и мембран для изучения функций клеток, в биологии мембран, для выделения липопротеидов в работах по изучению липидов, в направлениях генной терапии, для градиентного центрифугирования.

В данном разделе выполнен анализ различных методов центрифугирования, конструкция роторов центрифуг и типов приводов с целью выбора типа конструкции и параметров центрифуги для разделения крови.