引言
實用離心技術可分為二大類:一類是用于化工、制藥、食品、污水處理、油品處理。工業的大型制備用離心分離技術,所使用的離心機及其附件屬于大中型工業生產設備。其中管式離心機轉速較高,小型可達50,000rpm,較大型(每小時處理量在1.5 噸以 上)也可達15,000rpm(國外典型機如Sharples,國內如上海離心機研究所GQ,GF 系列);轉筒式離心機廣泛用于乳品,油品,工業廢水處理,最大處理量可達90 噸/小時轉速從每分鐘數千至數萬轉。(國外典型機多為α-Laval,westfalia 等牌號);轉鼓式工業離心機(廣泛用于制藥、食品如Krausmaffai 等);臥式螺旋卸料離心機(最高轉速5000rpm,最大處理量10 噸/小時,國外如Westfalia,國內如上海離心機研究所的LW 系列);以及轉速在3000rpm 以下的三足離心機等等。另一類是用于生物、醫學、化學、農業食品及制藥等試驗室研究、中間試驗、部分生物制藥行業的小批量生產的實驗離心技術。目的在分離和純化樣品(特別是生物體組份)并對樣品的某些特性進行分析。后一類離心設備的轉速從每分鐘數千轉到每分鐘十多萬轉,每次實驗處理的樣品量較少,但其設備由于轉速高(目前最高達 150000rpm),離心力大(目前已達1050000×g)對轉速、溫度、真空、離心程序、模擬方 法等要求高而使這類離心機構造復雜、并在機械制造、電子電器控制、制冷系統、真空系統、防護設備、轉頭及附件制造等各方面都保持著很高的技術與工藝水平。實驗離心方法由于樣品的分離要求各不相同以及為適應現代生物醫學研究的快速發展而形成了比較完善和具有 一定獨立性的實驗技術學科。
實驗離心技術是一個比較年輕的學科。最早使用手搖離心機進行食品(比如奶酪生產),血液分離可以追溯到十九世紀;電動低速臺式離心機的商品化始于1912 年;離心技術的奠 基人在實驗離心技術方面開拓性的工作創始于1920 年代;而高速、超速離心機的商品化生產、實驗離心技術的普遍應用則是從上世紀五十年代開始的。 現代工業的進步,促進了離心設備的開發,也有利于各種樣品(特別是生物體組份)離心分離方法的迅速推廣和應用。而現代生物醫學研究的進展和對研究、診斷手段的大量需求而使離心機生產行業欣欣向榮。二十世紀70 年代以后,低速、高速、超速離心機產品幾經更新 換代。目前,先進的超速離心機已經能夠產生相當于重力加速度100 多萬倍的離心場并能保 持此離心場連續運轉數十小時以上;新一代的超速離心機還能對各種生物樣品離心方法進行 模擬,以找到最佳的離心分離方案和進行諸如分子量、沉降系數的計算。最近幾十年在離心方法方面的研究成果使我們可以利用那些較為先進的離心設備完成絕大部分生物體組份的 分離和純化。
簡史:
綜觀近年來實驗離心技術的進步,可把一些重要事件分列如下:
1911~1912 年:開始生產和使用低速(3,000rpm 以下)的商品化臺式離心機。(IEC) 1923~1926 年:瑞典UPPSALA 大學以Svedberg 為首的科學家試制了世界上第一臺試驗型超 速離心機,45,000rpm,油透平驅動,不銹鋼小轉頭,轉頭置于H2 浴中,1926 年開始運轉。
1929 年:Lamn 完成了沉降方程。計算了沉降速度。定義了沉降系數。
1932 年:細胞核的離心純化(Behrens)
1933 年:Beams,Pickels 研制成試驗型空氣透平驅動超速機。
1934 年:Bauer 用以上離心設備成功分離出黃熱病病毒。 Bensley 等純化了線粒體。
1940 年:Svedberg 與Pederson 出版了“超速離心”一書(文獻(1))概括總結了在此之前近20 年的研究成果,奠定了離心技術的理論基礎,Svedberg 被公認為實驗離心技術的奠基人,他因這方面的成就而獲得諾貝爾獎。
1940~1950:開始研究用于制備超速離心機的速率——區帶(Rate-Zonal)密度梯度離心法和用于分析超速離心的沉降速度法。(文獻(2))
1943 年:Pickels 研制成現代固定角式離心轉子。(文獻(2))
1951 年:Brakke 第一次發表了他對速率—區帶密度梯度離心法的研究成果,并在1960 年再次對這一方法作了綜合評述。(文獻(4))1951 年:Kahler 研制成功甩平(Swing-out)轉子。(文獻(5))
1946~1954 年:世界各主要離心機生產廠開始研制并準備商品化生產離心機。
1955 年以后:開始了超速、高速、低速大容量離心機以及分析用超速離心機的商品化生產。
1957 年:Meselson、
1959 年:Duve 等開發了等密度離心法。(6)(7)