Yazımıza santrifüj cihazının bulunma öyküsüyle başlıyoruz. Santrifüj cihazı ilk kez 1864 yılında sütü kaymağından ayırmak için Antonin Prandtl tarafından icat edilip kullanılmıştır. 1869 yılında ise Friedrich Miescher tarafından laboratuvarda ilk kez santrifüj cihazı kullanılmıştır. Santrifüj, ağırlıkları farklı maddelerin (kan ve değişik solüsyonlar) yer çekimine bağlı olarak deney tüplerini yüksek hızla döndürerek ayrışmasını sağlayan laboratuvar aletidir.
Santrifüjle ayırma, süspansiyon halindeki parçacıkları yer çekimi ivmesinden daha büyük bir kuvvetle ve hızla ayırma temeline dayanır. Santrifüj işlemi sırasında tüpte bulunan maddeler, yoğunluk ve büyüklüklerine göre farklı çökme hızına sahiptirler. Çökme hızı; parçacıkların şekline, yoğunluğuna, uygulanan kuvvete ve ortamın yoğunluğuna bağlıdır. Bir doku homojenatında sırasıyla parçalanmamış hücre, hücre zarı, çekirdek, mitokondri, lizozomlar, mikrozomlar ve son olarak ribozomlar çöker. Ağır maddeler tüpün alt kısmında, hafif parçalar ise tüpün üst kısmında toplanır.Örneğin;bir tüp kan örneği santrifüj işlemine tabi tutulup ayrıştırıldığında,en üst kısımda serum,orta kısımda yağ ve alt kısımda ise pıhtı kalacak şekilde ayrışır. Alttaki görselde de kanın santrifüj işleminden sonraki halini görebilirsiniz.
Santrifüj Cihazı Nasıl Çalışır
Santrifüj cihazları, motor, rotor veya santrifüj kafesi ve çevirme milinden oluşmaktadır. Rotor kapak ve mandalla hazırlanmış bir oda içerisinde bulunur. Yatay(horizontol) başlıklı rotorun serbestçe sallanan 4 tane kovası vardır.
Rotor hareket halindeyken yatay (horizontol), durgun haldeyken ise dikey (vertikal) pozisyondadır. Santrifüj cihazında bulunan, tüp tutucularının çoğunda işlem sırasında tüp kırılmasını önlemek amacıyla yastıkçıklar bulunur. Çeşitli büyüklüklerdeki tüpler için uygun aplikatörler kullanılır. Büyük bir santrifüj cihazının sürücü motoru olarak genellikle yüksek torklu (dönme momenti), direkt akımlı elektrik motoru kullanılır. Alternatif akım motorları ise genellikle küçük santrifüjlerde kullanılır. Rotor şaftı genellikle direkt veya bir dönme sistemi üzerinden yürütülür, ara sıra makara sistemi kullanılır.
Santrifüj cihazlarının çoğunda titreşimleri minimuma indirmek ve cihazın yağlama ihtiyacını azaltmak için doldurulmuş ayak kullanılır. Santrifüjün hızını ayarlamak amacıyla motorun voltaj desteğini değiştiren bir potansiyometre kullanılır. Rotor hızı potansiyometre ile ayarlansa da yük ağırlığındaki farklılıklar rotorun farklı hızda dönmesine sebep olur. Takometre rotorun hızını, dakikada dönüş (rpm) olarak gösterir, çekim gücünü göstermez. Kutuplaşmış akımın motora geri dönmesi ile fren çalışır ve böylece yavaşlama sağlanır. Santrifüjdeki zaman ayarlayıcısı optimum koşullarda rotorun programlanmış hıza ulaşmasını ve frensiz olarak ayarlanan sürede yavaşlamasını sağlar.
Santrifüj kuvveti F=(m*w2*r) ile ifade edilir.
F= Santrifüj kuvvetinin derecesi
m= Çökelen partikülün etkin kütlesi
w= Dönümün açısal hızı(radyan/saniye)
r= Göç eden partiküllerin merkezdeki dönüm eksenine olan uzaklığı(cm)
Düşük Hızlı Santrifüjler
Düşük hızlı (devirli) santrifüjler oldukça ağır partiküllerin çökelmesi işleminde kullanılır ve en yüksek hızları 4.000-5.000 devir/dakikadır. Sıcaklık kontrolleri yoktur ve oda sıcaklığında çalışırlar. Sabit açılı veya açılan kova tipinde rotorları vardır.Santrifüj tüpleri 12 veya 50 ml’lik tüplerdir. Sıvı besi ortamları yada süspansiyonlardaki hücrelerin hızlı şekilde çöktürülmesinde bu tip santrifüjlerden yararlanılır. Santrifüj sonunda tüpün dibinde hücreleri içeren bir çökelti (pellet) oluşur; çökeltinin üstündeki üst sıvı (supernatant) dökülerek uzaklaştırılır.
Yüsek Hızlı Santrifüjler
Daha duyarlı uygulamalar yapılabilmesi için, yüksek devirli ve ısı kontrollü santrifüjlerin kullanılması gereklidir. Sıcaklığın ve hızın kontrol altında tutulması, özellikle yüksek sıcaklığa duyarlı biyolojik materyalin santrifüjlenmesi sırasında önemlidir.Yüksek hızlı santrifüjlerde 3 tip rotor kullanılmaktadır: sabit açılı, açılan kova veya dikey rotorlar. Ultrasantrifüjlerin maksimum hızları, genellikle 12.000-15.000 devir/dakikadır.
Bu tip santrifüjlerin sabit açılı rotorları genelde 18 adet 1.5 ya da 0.5 ml’lik tüpleri taşıyacak şekilde tasarlanmıştır. Küçük hacimli örneklerin hızlı şekilde çöktürülmesinde kullanılırlar. Biyolojik örneklerin hazırlanmasında orta yada yüksek hızlı santrifüjlerin kullanımı gereklidir. Bu santrifüjlerle, parçalama aşamasından sonra hücresel artıklar yok edilebildiği gibi hücre organelleri (örneğin, nükleus, mitokondri, kloroplast) ve kimyasal uygulamalar sonrasında makromoleküller (örneğin, nükleik asitler,proteinler) çöktürülebilir.
Ultra Santrifüjler
En karmaşık yapılı olan santrifüjler bunlardır. Çok yüksek devirlere ulaşabildiği için rotorda yüksek derecede ısı artışı meydana geleceğinden çalışma sırasında aletin içinin soğutulması ve sürtünmenin engellenmesi için yüksek vakumda tutulması gerekir. Metal rotorların yüksek basınç etkisiyle düşük bir ihtimalde olsa parçalanma tehlikesi bulunduğundan bunu engellemek üzere aletin içi koruyucu çelik ile kaplıdır. Döndürücü mil tüplere konulmuş örneklerin ağırlıklarındaki dengesizlik nedeniyle rotordaki olası titreşime karşı esnek bir materyalden yapılır. Ultrasantrifüjler hücre bileşenlerinin (organel veya moleküllerin) ayrılmasında ve saflaştırılmasında, saflaştırılmış makromoleküllerin analitik ölçümlerinin yapılmasında kullanılmaktadır.