沉降系數(shù)是生物大分子極其重要的物理參數(shù)，通過它可以了解生物大分子的相對分子量、分子形狀和水化程度等（圖1）。早在1940年，Svedberg和Pedersen發(fā)展了用分析超速離心技術(shù)來測量生物大分子的沉降系數(shù)和分子量，直至現(xiàn)在，分析超速離心方法仍然是測定生物大分子沉降系數(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)。

Svedberg在實驗過程中定義了沉降系數(shù)（S，Svedberg）：S就是單位離心加速度的作用下顆粒移動的速度。用以下公式表示：

由于大部分的生物大分子的沉降系數(shù)都在10^-11-10^-13s（秒）范圍內(nèi)，故定義了沉降系數(shù)的單位S，1 S=1x10^-13 s（秒）。S值經(jīng)常被用來描述生物大分子（如核酸、蛋白）和一些大分子復(fù)合物（如核糖體、核糖體亞基），參見圖2。蛋白的沉降系數(shù)在1-20 S之間，核酸的沉降系數(shù)在5-100 S之間，亞細(xì)胞器的沉降系數(shù)則更大，基本在幾百S到幾千S之間。

盡管有些生物顆?？梢栽谥亓觯?×g）作用下實現(xiàn)分離，如人血細(xì)胞，將處理過的血細(xì)胞置于桌上1-2小時，由于不同細(xì)胞的大小不一樣，白細(xì)胞和紅細(xì)胞能自動分層。但若需分離更小的生物顆粒，遠(yuǎn)大于重力的力則是必須的，這可以通過沿軸旋轉(zhuǎn)裝有懸浮顆粒的離心管來實現(xiàn)。顆粒在放射狀的離心力下從軸心向外運動，使離心管旋轉(zhuǎn)的機(jī)器就是離心機(jī)，而裝載了離心管并帶動離心管沿軸旋轉(zhuǎn)的即是轉(zhuǎn)子。

不管是細(xì)胞還是生物大分子受到離心力都可以用以下公式計算：

但是通常情況下，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子受到的放射狀的力都是由相對離心力 (RCF：Relative centrifugation force) 來衡量的。而所謂的相對離心力即是離心力與重力之比，用以下公式表示：

結(jié)合公式 (2) 和公式 (3) ，可得到同一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（RPM）與相對離心力（RCF）之間的關(guān)系：

由于轉(zhuǎn)子的形狀及設(shè)計，離心管中從管頂至管底各點到旋轉(zhuǎn)中心的距離是不同的，為了計算相對離心力的數(shù)值可用平均相對離心力來表示，即同一離心轉(zhuǎn)子部和底部所受離心力的平均值?？萍嘉墨I(xiàn)中離心力的數(shù)據(jù)通常是指其平均值（RCFav），即離心管中點的離心力。

而各廠家在標(biāo)注離心機(jī)和轉(zhuǎn)子等的最大相對離心力（RCF）時，一般都是用的最高轉(zhuǎn)速下、最大半徑處（Rmax）的相對離心力。請注意區(qū)分這個參數(shù)與平均離心力（RCFav）的差異。

轉(zhuǎn)子的k值，又稱k因子或k系數(shù)，用以衡量轉(zhuǎn)子的沉淀效率。

所有的離心機(jī)廠家在轉(zhuǎn)子出廠時都計算了制備型轉(zhuǎn)子的k值，轉(zhuǎn)子k值通過在轉(zhuǎn)子運行至最高轉(zhuǎn)速、離心管裝滿樣品時計算得到的，其計算公式如下：

由于將公式 (5) 代入公式 (6) ，可得到以下轉(zhuǎn)子k值的計算公式：

由上得出轉(zhuǎn)子k值是與轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的形狀有關(guān)。最高轉(zhuǎn)速完全一樣的轉(zhuǎn)子，離心管與軸的角度越小，也就是r_max/r_min越小，k值就越小。

所以制備型超速離心機(jī)的四類轉(zhuǎn)子的k值如下：水平轉(zhuǎn)子k值>定角轉(zhuǎn)子k值>近垂直轉(zhuǎn)子k值>垂直轉(zhuǎn)子k值（圖3）。

如果在離心時，轉(zhuǎn)子沒有運行到最高轉(zhuǎn)速，那么rpm就不能使用最高轉(zhuǎn)速的k值，必須將轉(zhuǎn)子實際運行轉(zhuǎn)速代入公式 (7) 來計算實際的k值。

已知某轉(zhuǎn)子k值和顆粒的沉降系數(shù)，可以計算出用該轉(zhuǎn)子分離顆粒時所需要的時間。公式如下：

由公式 (9) 可以看出，對于沉淀同一顆粒，轉(zhuǎn)子k值越小，顆粒沉淀所需要的時間就越短，也就是離心效率越高；反之，轉(zhuǎn)子k值越大，顆粒沉淀所需要的時間就越長，轉(zhuǎn)子的離心效率越低。

如果已知一個轉(zhuǎn)子k值和沉淀所需要的時間，如果用另一個轉(zhuǎn)子來沉淀同樣的顆粒，可以用以下公式來計算需要沉淀的時間：

如果該轉(zhuǎn)子不是在最高轉(zhuǎn)速下運行，或者樣品沒有裝滿，又或者換用了其他更小的離心管（例如g-MAX管等），相應(yīng)k值都會發(fā)生改變，相應(yīng)離心所需的時間也需要重新計算。

我們對三臺最大轉(zhuǎn)速并不相同的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了實驗對比，發(fā)現(xiàn)相對離心力最高的轉(zhuǎn)子并不代表離心時間更短，K因子最小的轉(zhuǎn)子則會表現(xiàn)出更高的離心效率及更少的時間（圖4-5）。因此，在選擇轉(zhuǎn)子型號時，不能單看轉(zhuǎn)速 (RPM) 、相對離心力 (RCF) 等參數(shù)，而是應(yīng)該參考能反映出最真實情況的k值。因為K因子是衡量轉(zhuǎn)子離心效率的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其與離心時間成完全正比，即K因子越小所需離心時間越短。

點擊至

小貝智選商城

點擊至

中文