Máy ly tâm siêu tốc là gì: Hướng dẫn đầy đủ

Bạn vẫn đang gặp khó khăn với các thiết bị tiêu chuẩn không thể phân lập được những mảnh virus nhỏ bé đó? 

Chúng tôi tin rằng đối với các nghiên cứu quan trọng, bạn cần nhiều hơn một thiết bị quay cơ bản để hoàn thành công việc. Việc vận hành các thiết bị tốc độ cao này là một niềm vui tuyệt đối bởi vì từng centimet vuông đều cực kỳ ổn định và lực kéo vật lý rất mạnh. 

Nếu bạn muốn có được sự hoàn hảo tuyệt đối trong các mẫu thử mà không có bất kỳ sự rung lắc cơ học nào, hãy cùng xem tại sao những thiết bị này lại là những "ông ngựa" thực sự của phòng thí nghiệm hiện đại.

Các nội dung chính

• Sức kéo vật lý mạnh mẽ vượt trội hơn hẳn tốc độ đơn thuần: Việc quá chú trọng vào số vòng quay mỗi phút là một sai lầm thường gặp. Lực kéo thực tế tác dụng lên mẫu mới là thước đo thực sự đảm bảo sản phẩm cuối cùng có độ tinh khiết tuyệt vời.
• Đưa quá trình tách chất lỏng đến mức cực đoan nhất: Các thiết bị thông thường xử lý tốt các công đoạn chuẩn bị thông thường, nhưng việc thu thập các yếu tố siêu nhỏ đòi hỏi áp lực vật lý cực lớn từ một thiết bị quay siêu nhanh.
• Thiết bị phần cứng thiết yếu cho nghiên cứu y khoa cấp cao: Các hệ thống hàng đầu này tạo ra lực hút nhân tạo vượt xa 100,000 xg để tách biệt một cách tinh khiết các khối cấu tạo nhỏ như các hạt virus và vật liệu di truyền.
• Tăng quy mô hoạt động hàng ngày của bạn: Các tùy chọn cao cấp như Torontech TT-UltraC30 Lấp đầy khoảng trống giữa lực kéo cực mạnh và nhu cầu của các cơ sở quy mô lớn bằng cách cung cấp 110,000 xg cùng với thể tích xử lý rộng rãi sáu lít.
   

Máy ly tâm siêu tốc là gì?

Về cơ bản, một trong những cỗ máy này là một thiết bị quay siêu nhanh, chuyên dụng cao, được chế tạo để quay các rôto với tốc độ tạo ra một lực kéo nhân tạo khổng lồ. Trong khi các thiết bị tiêu chuẩn có thể tạo ra lực kéo ở mức hàng chục nghìn g, chúng tôi cho rằng một hệ thống tốc độ cao thực sự phải vượt xa 100,000 x g. 

Trên thực tế, các thiết bị hàng đầu được thiết kế để đạt tốc độ lên tới 150,000 vòng/phút và lực vượt quá 1,000,000 xg (, 2019).

Phương pháp phân tích so với phương pháp điều chế

Trong thời gian hỗ trợ các phòng thí nghiệm khác nhau, chúng tôi nhận thấy có hai cách chính để hoàn thành công việc. 

Bạn có phương pháp "Giám sát và Phát hiện" (Phân tích), sử dụng các cảm biến theo dõi ánh sáng để quan sát sự lắng đọng của các chất trong thời gian thực. Về cơ bản, phương pháp này được sử dụng để xác định khối lượng, kích thước, hình dạng và tương tác phân tử trong dung dịch.

Tiếp theo là phương pháp "Tách biệt và Tinh chế" (Chuẩn bị), đóng vai trò là công cụ chủ lực được sử dụng để chọn lọc và làm sạch các đại phân tử hoặc hạt nhỏ dựa trên kích thước, mật độ và khả năng di chuyển của chúng để phục vụ cho quá trình sản xuất y tế thực tế. 

Chúng tôi sẽ không liệt kê tất cả các chi tiết nhỏ ở đây. Nếu bạn muốn có cái nhìn toàn diện về sự khác biệt giữa hai phương pháp này, chúng tôi đặc biệt khuyên bạn nên đọc bài viết rất chi tiết của chúng tôi về so sánh các thiết bị ly tâm siêu tốc phân tích và chuẩn bị: So sánh máy ly tâm siêu tốc chuẩn bị và phân tích.

Khoa học về sự lắng đọng

Chúng tôi tin rằng để thực sự tận dụng tối đa quá trình tách chiết trong phòng thí nghiệm, bạn cần nắm vững các nguyên lý vật lý thực tế đang diễn ra, chứ không chỉ đơn thuần là biết cách thao tác. Toàn bộ quá trình dựa trên sự cân bằng tinh tế. Lực vật lý đẩy các hạt ra ngoài (lắng đọng), trong khi sự lan truyền tự nhiên cố gắng đẩy chúng trở lại (khuếch tán).

Đối với các thành phần nhỏ bé như DNA hoặc virus, trọng lực thông thường quá yếu để thắng được lực rung lắc ngẫu nhiên khiến chúng trôi nổi trong chất lỏng. Bằng cách tạo ra một lực hút nhân tạo mạnh mẽ, chúng ta buộc các hạt phải chuyển động dựa trên kích thước, hình dạng, mật độ, độ dày của chất lỏng và tốc độ quay của rôto.

• Khối lượng và Trọng lượng: Theo chúng tôi, đây là phần đơn giản nhất. Những vật nặng hơn sẽ chìm xuống đáy nhanh hơn nhiều.
• Mật độ: Chúng tôi nhận thấy rằng việc phân lớp chất lỏng là một trong những thủ thuật thông minh nhất trong khoa học, cho phép các hạt di chuyển trong chất lỏng cho đến khi chúng chạm đến điểm có độ đặc tương đương với chất lỏng xung quanh. Một ví dụ điển hình trong sách giáo khoa là việc sử dụng hỗn hợp đường đặc, nặng để tách các protein vận chuyển chất béo cụ thể ra khỏi dịch máu người.
• Đơn vị Svedberg (S): Chúng ta thường thấy mọi người nhầm lẫn về con số này. Nó đơn giản chỉ cho thấy một phần rất nhỏ hoạt động như thế nào khi bị quay. Theo quan điểm của chúng tôi, việc biết các chỉ số này là chìa khóa để dự đoán cách các bộ phận tế bào sẽ tách rời. Một ví dụ giả định hoàn hảo là việc tách các khối cấu tạo protein của vi khuẩn (đạt mốc 70S) khỏi các bộ phận tế bào người (đạt mốc 80S).
   

Tối ưu hóa hiệu suất: RPM so với RCF

Một trong những sai lầm phổ biến nhất mà chúng ta thấy là mọi người quá chú trọng đến RPM (số vòng quay mỗi phút). Mặc dù RPM đo tốc độ quay của vật, nhưng chúng tôi tin rằng RCF (Lực ly tâm tương đối) mới là chỉ số thực sự mang lại kết quả bạn mong muốn.

Lực đó được quyết định bởi tốc độ cũng như độ rộng của rôto. Theo chúng tôi, một cỗ máy không nhất thiết phải có tốc độ cao nhất trên thị trường nếu hình dạng rôto được thiết kế đúng cách. Ví dụ, chúng tôi đã lắp ráp TT-UltraC30 để quay ở tốc độ 31,200 vòng/phút, nhưng nó đạt được lực khổng lồ 110,000 x g.

Thêm vào đó, chúng tôi cho rằng một hệ thống hút chân không mạnh mẽ là điều kiện cần thiết cho những công việc nghiêm túc. Ở tốc độ này, không khí cọ xát vào rôto thực sự có thể làm sôi mẫu vật. Chúng tôi sử dụng hệ thống hút chân không thông minh vì chúng tôi tin rằng phần cứng phải luôn đảm bảo an toàn cho nghiên cứu của bạn.

Lựa chọn rôto quan trọng

Theo quan điểm của chúng tôi, rôto chính là linh hồn của cỗ máy. Việc lựa chọn sai rôto có thể dẫn đến hiệu suất hoàn toàn đáng thất vọng:

• Rotor góc cố định: Những dụng cụ này giữ các ống nghiệm ở một góc cố định, không dịch chuyển. Chúng tôi cho rằng đây là lựa chọn tốt nhất để nhanh chóng thu giữ virus hoặc hạt nano vì chúng có thể chịu được lực mạnh nhất. Trong điều kiện phòng thí nghiệm thông thường, chất thải tế bào sẽ bị đẩy xuống đáy ống nghiệm, để lại chất lỏng protein hoàn toàn sạch nổi ngay trên bề mặt.
• Roto gầu xoay: Những khớp này mở ra ngoài cho đến khi chúng hoàn toàn phẳng. Theo chúng tôi, chúng rất cần thiết cho công việc xếp lớp, đảm bảo DNA hoặc RNA tạo thành các dải phẳng, sắc nét. Nếu một nhóm cần sử dụng hỗn hợp hóa chất muối đậm đặc để tách ra các dải DNA vi khuẩn dạng vòng phẳng hoàn hảo, thì đây chính là thiết bị họ cần đến.
   

Máy ly tâm tốc độ cao so với máy ly tâm siêu tốc

Hình ảnh

Trước khi xem xét sự khác biệt về phần cứng, chúng tôi nghĩ rằng việc làm rõ sự khác biệt thực sự giữa quá trình quay ly tâm thông thường và quá trình quay ly tâm siêu tốc là điều cần thiết. Quay ly tâm thông thường là kỹ thuật chung để tách các thành phần bằng lực ly tâm, và nó bao gồm các mức tốc độ thấp, tốc độ cao và tốc độ cực cao.

Các thiết bị tiêu chuẩn như máy ly tâm tốc độ thấp PRO 1406/1406R dựa vào một lượng trọng lực nhân tạo vừa phải để tách các vật thể khá lớn và cồng kềnh. Hãy nghĩ đến việc tách toàn bộ tế bào hồng cầu ra khỏi dịch máu trong suốt. Đó là một công việc thường ngày rất hữu ích trong phòng thí nghiệm.

Cao cấp hơn một bậc, các mẫu như Máy ly tâm tốc độ cao PRO 2418/2418R và Máy ly tâm tốc độ cao PRO 2415/2415R tạo ra lực ly tâm lên đến khoảng 20,000×g. Các thiết bị này rất hiệu quả cho việc chuẩn bị huyết thanh thông thường và có thể loại bỏ lượng lipid dư thừa (tăng lipid máu) hiệu quả gần như các mẫu cao cấp nhất mà không có sự khác biệt đáng kể về mặt lâm sàng.

Nhưng ly tâm siêu tốc (ly tâm cực mạnh) lại là một vấn đề hoàn toàn khác. Nó là phân khúc cao cấp của quá trình này. Chúng tôi coi nó như việc lấy cùng một khái niệm vật lý đó và tăng lực kéo vật lý lên mức cực kỳ mạnh mẽ, đến mức bạn hoàn toàn khắc phục được sự va đập ngẫu nhiên ở cấp độ vi mô khiến các hạt nhỏ li ti hoàn toàn vô hình vẫn trôi nổi xung quanh.

Nếu bạn đang chuyển từ việc phân tích toàn bộ tế bào sang các mảnh virus siêu nhỏ hoặc phân lập các exosome, chúng tôi cho rằng việc đầu tư vào một thiết bị siêu hiện đại là điều vô cùng cần thiết.

Hãy tưởng tượng một tình huống điển hình trong phòng thí nghiệm, nơi một nhóm nghiên cứu liên tục gặp phải khó khăn khi cố gắng thu được các bong bóng truyền tin tế bào tinh khiết (exosome) bằng một thiết bị để bàn tiêu chuẩn. 

Thiết bị cơ bản không thể hút đủ mạnh, dẫn đến hỗn hợp tạp chất lẫn lộn. Bằng cách chuyển sang sử dụng lực hút mạnh mẽ của máy ly tâm siêu tốc, nhóm nghiên cứu trong tình huống tương tự có thể ngay lập tức khắc phục vấn đề độ tinh khiết và thu được mẫu sạch chính xác như mong muốn.

Ứng dụng phòng thí nghiệm cốt lõi

Chúng tôi luôn ấn tượng với cách khách hàng sử dụng những cỗ máy này để vượt qua giới hạn của những điều có thể. Bằng cách sử dụng lực mạnh, các nhà nghiên cứu có thể nhắm mục tiêu chính xác vào virus, các hạt virus, protein, phức hợp protein, lipoprotein, RNA, DNA plasmid và các hạt nano.

• Thanh lọc protein: Chúng tôi coi đây là nền tảng chính để tạo ra các loại thuốc mới.
• Phân tách tế bào: Theo quan điểm của chúng tôi, đây là cách tốt nhất để phân tích các thành phần nhỏ bên trong tế bào và tìm hiểu cách chúng hoạt động.
• Nghiên cứu virus học: Với sự tập trung hiện tại vào vắc-xin, chúng tôi tin rằng những cỗ máy này là tiêu chuẩn vàng để thu được các mảnh virus tinh khiết cần thiết cho nghiên cứu y học. Một kịch bản điển hình là tách các phương tiện vận chuyển có tính đặc hiệu cao, như lentivirus hoặc virus adeno-associated, cho các liệu pháp gen tiên tiến.
• Phân lập axit nucleic: Chúng tôi cho rằng sử dụng các lớp chất lỏng là cách đáng tin cậy nhất để thu được lượng vật liệu cần thiết cho việc lập bản đồ gen.
• Khoa học vật liệu: Chúng ta đang chứng kiến ​​sự gia tăng mạnh mẽ trong việc sử dụng để làm sạch các polyme và hạt siêu nhỏ trong lĩnh vực vật liệu công nghệ cao. Một trường hợp sử dụng phổ biến trong công nghiệp là chọn lọc các hạt vàng siêu nhỏ có đường kính rất cụ thể để chúng hoạt động chính xác như mong muốn trong các bộ dụng cụ xét nghiệm y tế.
   

Lợi ích hoạt động chiến lược

Theo kinh nghiệm của chúng tôi, việc nâng cấp khả năng quay ly tâm của phòng thí nghiệm mang lại những lợi ích vượt xa tốc độ đơn thuần.

• Độ tinh khiết mẫu vượt trội: Chúng tôi cho rằng khả năng phân biệt những chi tiết có mật độ chỉ khác nhau một chút chính là điều làm nên sự khác biệt của các nghiên cứu đẳng cấp thế giới.
• Bảo vệ nhiệt: Vì quá trình quay đó tạo ra nhiệt, chúng tôi coi việc làm mát tối ưu là một yêu cầu an toàn bắt buộc đối với các protein dễ bị hư hại.
• Khả năng tăng trưởng: Chúng ta thường thấy các phòng thí nghiệm gặp khó khăn với lượng chất lỏng nhỏ. Đối với nhu cầu vận hành tầm trung, việc nâng cấp lên máy ly tâm tốc độ cao và công suất lớn PRO 2515/2515R là lựa chọn hoàn hảo để xử lý các mẻ lớn hàng ngày. Tuy nhiên, đối với những người cần lực hút trọng trường cực mạnh ở quy mô lớn, khả năng quay sáu lít cùng một lúc trong máy ly tâm siêu tốc đầy đủ chức năng sẽ thay đổi hoàn toàn cách thức làm việc tại các cơ sở bận rộn.
   

Bài viết liên quan: Lựa chọn máy ly tâm siêu tốc để bàn hoặc đặt sàn tốt nhất

Tiêu chuẩn an toàn và tuân thủ

Chúng tôi kiên quyết cho rằng các tính năng an toàn không bao giờ nên được coi là những thứ thừa thãi. Mỗi cỗ máy này chứa một lượng năng lượng chuyển động khổng lồ, và chúng tôi tin rằng nhiệm vụ của mình là phải tích hợp mọi biện pháp bảo vệ cần thiết.

• An toàn thông minh: Chúng tôi cho rằng những tính năng như tự động nhận diện rôto và phát hiện sự mất cân bằng là rất cần thiết để ngăn ngừa sự cố máy móc.
• Quản lý vòng đời rôto: Chúng tôi nhận thấy việc kiểm tra kim loại bị mòn thường bị bỏ qua. Chúng tôi đề xuất sử dụng các hệ thống thông minh ghi lại nhật ký mỗi lần vận hành để bạn biết khi nào rôto bắt đầu xuống cấp.
• Tuân thủ quy định: Theo quan điểm của chúng tôi, các thiết bị dùng để sản xuất thuốc phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn quốc tế mới có thể vượt qua bất kỳ cuộc kiểm tra chính thức nào.
   

Lựa chọn máy ly tâm siêu tốc phù hợp

Khi chọn mua dụng cụ mới, chúng tôi khuyên bạn nên bỏ qua những quảng cáo hào nhoáng. Theo chúng tôi, bạn nên tập trung vào lực hút tổng thể, hiệu quả hoạt động của máy hút bụi và khả năng bảo trì dễ dàng.

Chúng tôi đã chế tạo máy ly tâm siêu tốc UltraCentrifuge - TT-UltraC30, một máy ly tâm làm lạnh tốc độ cực cao, để đáp ứng nhu cầu hoàn hảo của các phòng thí nghiệm hiện đại cần xử lý một lượng lớn vật liệu. Nó lấp đầy khoảng trống giữa sức mạnh thô sơ và khả năng xử lý quy mô lớn.

Lý do chúng tôi cho rằng TT-UltraC30 là sự lựa chọn hàng đầu:

• Khả năng: 110,000 xg có thể xử lý những công việc khó khăn nhất mà bạn giao cho nó.
• Khối lượng: Dung tích 6 lít cho phép bạn phát triển công việc của mình một cách đáng kể.
• Độ bền: Hệ thống làm mát của chúng tôi duy trì nhiệt độ ở mức 4°C ngay cả khi máy hoạt động hết công suất.
• An toàn: Được chế tạo bằng công nghệ thông minh có khả năng nhận diện các bộ phận của chính nó và duy trì trạng thái ổn định trong quá trình hoạt động.

Chúng tôi tin rằng bằng cách đầu tư nguồn lực vào các thiết bị đa năng, công suất cao, các phòng thí nghiệm có thể tạo tiền đề cho làn sóng đột phá khoa học tiếp theo.