Ультрацентрифуга

Этим термином принято называть центрифуги, позволяющие достигать скорости вращения своих роторов вплоть до 80 тысяч оборотов в минуту. На радиусе ротора в 6 см это создает в радиальном направлении ускорение в 700 тысяч раз превышающее ускорение земного притяжения («700 000 g»). Препарат ДНК с массой в 0,5 микрограмма, который фигурировал в предыдущей главе, при такой скорости вращения испытывал бы силу, влекущую его к периферии ротора, эквивалентную весу в 350 миллиграмм. А это — уже весьма ощутимая величина.

Вращение с такой скоростью невозможно осуществить в нормальной атмосфере из-за катастрофического разогрева ротора. Поэтому главным элементом конструкции ультрацентрифуги является вакуумная камера, в которой вращается ротор. Используя последовательное подключение к камере диффузионного масляного и обычного форвакуумного насосов, в ней удается достигнуть разрежения в 10-3 мм ртутного столба. Отсюда возникают технические трудности с обеспечением герметичности камеры — как по окружности ее довольно большой крышки, так и по оси мотора, вращающего ротор, поскольку этот мотор, естественно, располагается вне камеры. Столь же надежно должны быть герметизированы съемными колпачками и пробирки, устанавливаемые в ротор. В противном случае находящаяся в них жидкость закипит и улетучится.

Несмотря на столь высокий вакуум, роторы при такой огромной скорости вращения все же нагреваются, и потому их приходится охлаждать (через инфракрасное излучение) путем контролируемого интенсивного охлаждения стенок камеры. Что тоже составляет проблему, поскольку камера изготавливается из брони, толщиной в 2—3 см. Ее назначение — защитить оператора в случае разрыва ротора центробежными силами. Такое случается, если в материале ротора есть скрытый дефект. Или при слишком длительном использовании ротора, у которого есть предельный срок службы, определяемый «усталостью» материала. Высокоскоростные роторы изготавливаются из титана, низкоскоростные — из дюралюминия.

Ультрацентрифуги комплектуются, по выбору покупателя, набором разнообразных роторов: на большие скорости вращения и малые объемы пробирок, или наоборот, — на большие объемы и относительно малые скорости. Объемы пробирок варьируют в широких пределах: от 6,5

до 94-х миллилитров.

Используются (в основном) роторы двух типов: угловые и со свободно подвешенными (откидывающимися) пробирками. Второй тип роторов часто называют «бакет-роторами». Эти роторы несут три или шесть пробирок, которые устанавливают в свободно подвешенные металлические гильзы — «бакеты» (от английского bucket — ведро). Пробирки герметизируются крышками, навинчивающимися через прокладки на бакеты. Последние сначала висят вертикально, опираясь на гибкую ось. Но уже на малых скоростях вращения бакеты откидываются до горизонтального положения, ось прогибается, а они своими полу сферическими наружными краями опираются на соответствующие гнезда в самом роторе — так, что центробежная сила передается не на подвеску, а на само массивное тело ротора.

В угловых роторах (рис.1) гнезда для пробирок выполнены в самом теле ротора. Размеры гнезд и угол их наклона варьируют в широких пределах. Число гнезд всегда четное.

Рис. 1

Перед установкой в ротор заполненные пробирки вместе с еще не установленными на них колпачками попарно уравновешиваются (добавлением жидкости) весьма тщательно. В противном случае неизбежны опасные биения ротора при вращении. То же самое относится к бакет-роторами с шестью пробирками. В случае трех пробирок все они, вместе с бакетами и их крышками должны иметь совершенно одинаковый вес. Для каждого типа роторов указывается максимально допустимая скорость вращения.

К этой технической части описания ультрацентрифуги остается добавить, что все рабочие параметры процесса центрифугирования: скорость и продолжительность вращения, температура ротора и даже степень плавности его остановки задаются предварительно и далее обеспечиваются автоматически контрольными устройствами самого прибора.

В бакет-роторах частицы, оседающие под действием центробежной силы, движутся вдоль оси пробирки и оседают на ее сферическое дно. В угловых роторах частицы движутся сначала горизонтально в направлении наиболее удаленной от оси вращения стенки пробирки, затем по ней соскальзывают вниз и собираются в самой дальней части пробирки — в месте перехода от ее цилиндрической стенки к сферическому дну.


Также смотрите:

Закон расщепления (второй закон Менделя)
Этот закон называют законом (независимого) расщепления. Суть его состоит в следующем. Когда у организма, гетерозиготного по исследуемому признаку, формируются половые клетки – гаметы, то одна их половина несет один аллель данного гена, а вторая – другой. Поэтому при с ...

Классификация водорослей
В прошлом водоросли считались примитивными растениями (без специализированных проводящих, или сосудистых, тканей); их выделяли в подотдел водорослей (Algae), который вместе с подотделом грибов (Fungi) составлял отдел талломных (слоевцовых), или низших растений (Thallo ...

Осложнения: генетические взаимодействия
Некоторые признаки являются результатом генетического взаимодействия аллелей более чем одного локуса. Среди низших организмов это подтверждается множеством фактов, чего не скажешь о человеке. К примеру, известно, что проявление талассемии частично подавляется наличием ...