سانتریفیوژ

این مقاله به بررسی دستگاه‌های سانتریفیوژ معمولی و یخچال‌دار که از آنها در کارهای معمولی استفاده می‌شود، می‌پردازد.

هدف:

سانتریفیوژ برای جداسازی ذرات معلق یک مایع یا جداسازی مایعات با چگالی مختلف از نیروی گریز از مرکز استفاده می‌کند. این مایعات می‌توانند مایعات بدن (مانند خون، سرم)، ریجنت‌های مختلف یا مخلوطی از هر دو باشند. در آزمایشگاه‌های پزشکی معمولاً قبل از اندازه‌گیری‌های مختلف، نمونه بیمار را از طریق سانتریفیوژ کردن آماده می‌کنند. وقتی نیروی وارد شده به نمونه‌ها چندین برابر جاذبه زمین باشد، سانتریفیوژ می‌تواند به سرعت عملیات جداسازی را انجام دهد.

در ساده‌ترین حالت، سانتریفیوژ از یک قسمت چرخنده (چرخانه یا روتور) فلزی با سوراخ‌هایی برای جا دادن مایعات تشکیل شده است که توسط یک موتور و با سرعتی که توسط کاربر انتخاب می‌شود، می‌چرخد. عموماً سانتریفیوژهای سرعت پایین تا سرعت 10,000 دور در دقیقه (RPM) می‌چرخند. مدل‌های یخچال‌دار نیز وجود دارد. از دستگاه‌های سرعت پایین معمولاً در سانتریفیوژ کردن سلول‌های خونی قرمز یا رسوبات بزرگ استفاده می‌شود. آنها نمی‌توانند به سرعت زیاد برای جداسازی ذرات بسیار ریز مانند (ویروس‌ها، DNA) یا ماکرو مولکول‌ها (مانند پروتیین‌ها، لیپیدها) برسند.

سانتریفیوژهای سرعت بالا در سرعت‌های 10,000 تا 30,000 دور در دقیقه کار می‌کنند و در بیشتر کارهای مقدماتی از آنها استفاده می‌شود. برخی از آنها برای خنک کردن محفظه روتور از یخچال استفاده می‌کنند. دو نوع سانتریفیوژ سرعت بالا وجود دارد؛ مدل کم ظرفیت که نمونه‌ها به صورت جداگانه در آن قرار می‌گیرد و مدل با ظرفیت بالا که در آنها جریان پیوسته وجود دارد. مدل کم ظرفیت می‌تواند میکروارگانیسم‌ها، سلول‌ها و ... را جمع‌آوری کند یا به صورت مؤثر باعث رسوب ویروس‌ها شود. از مدل ظرفیت بالا برای برداشت مخمر یا باکتری از نمونه‌های زیاد، به‌دست آوردن پروتیین رسوب کرده در نمونه بیمار، ایجاد گرادیان (شیب) چگالی مواد سلولی و جمع‌آوری ویروس‌ها و باکتریوفاژها از محلول‌های رقیق شده استفاده می‌شود. بیشتر این دستگاه‌ها می‌توانند نمونه‌ها را با نرخ 1 تا 5/1 لیتر بر دقیقه فرآوری کنند.

اصول عملکرد

نیروی گریز از مرکز

سانتریفیوژ کردن بر این اصل استوار است که زمانی‌که یک شی در یک مسیر دایره‌ای و با سرعت زاویه‌ای ثابت حرکت می‌کند یک نیروی ظاهری به سمت خارج از مسیر به آن وارد می‌شود. مقدار این نیرو به شعاع و سرعت چرخش روتور بستگی دارد. به این نیرو نیروی گریز از مرکز نسبی (RCF) گفته می‌شود که با ضریبی از شتاب جاذبه زمین (g) بیان می‌شود (مثلاً 13,000 g). عدد RCF برای مقایسه میان سانتریفیوژهای مختلف و نیروی تولید شده توسط آنها به کار می‌رود؛ زیرا مقدار واقعی و مؤثر جداسازی را نشان می‌دهد.

اجزای سانتریفیوژ

یک سانتریفیوژ ابتدایی دارای یک موتور الکتریکی، محور، روتور (برای قرار دادن جایگاه نمونه‌ها که معمولاً قابل تعویض است) و قطعات راه انداز موتور است. در صورتی‌که سانتریفیوژ یخچال‌دار باشد کمپرسور و دیگر قطعات مربوط به آن نیز وجود دارد. کل سیستم در یک محفظه قرار دارد.

در موتور سانتریفیوژهای قدیمی از زغال برای انتقال برق به آرمیچر متحرک استفاده می‌شد. در سرعت‌های زیاد، زغال‌ها از میان می‌رفتند و باید مرتباً تعویض می‌شدند. اما در مدل‌های امروزی دیگر از زغال استفاده نمی‌شود. مزیت استفاده از این روش این است که هیچ تماس فیزیکی با موتور وجود ندارد. در این روش برای القاء جریان الکتریکی از میدان مغناطیسی استفاده می‌شود.

نمونه‌هایی که در سانتریفیوژ گذاشته می‌شوند معمولاً در لوله قرار دارند که در جایگاه مخصوص تعبیه شده در روتور قرار می‌گیرند. روتورها طراحی‌های مختلفی دارند. بیشتر آنها در دو مدل زاویه ثابت و افقی ساخته می‌شوند.

روتورهای زاویه ثابت، معمولاً 4 تا 40 شاخه دارند و زاویه آنها نسبت به محور عمودی روتور 20 تا 45 درجه ثابت است و از آنها بیشتر برای رسوب نمونه‌ها استفاده می‌شود.

روتورهای افقی معمولاً شامل دو تا شش محفظه قرارگیری لوله هستند که می‌توانند آزادانه حرکت کنند. این محفظه‌ها به صورت متقارن در اطراف محور روتور قرار می‌گیرند. در حالت معمولی این محفظه‌ها عمودی قرار دارند. در زمان کار، می‌توانند تا 90 درجه زاویه بگیرند. این روتورها می‌توانند برای ایجاد گرادیان غلظت یا رسوب نسبی نمونه‌ها استفاده شوند.

دیگر اجزای یک سانتریفیوژ شامل کلید روشن خاموش، ابزاری برای کاهش سرعت و ترمز گرفتن، کنترل سرعت، زمان‌سنج و سرعت‌سنج است. برخی مدل‌ها کلیدی دارند که می‌توان آن‌را در حالت کارکرد دایم و یا کارکرد از طریق تنظیم زمان قرار داد، اما در بسیاری از مدل‌ها تایمر (زمان‌سنج) به روتور متصل است و می‌تواند کارکرد حالت دایم و یا زمان مشخص شده را کنترل کند.

در برخی از مدل‌ها دکمه‌ای تعبیه شده است که با فشردن آن می‌توان به حداکثر سرعت و شتاب دستگاه رسید. ترمز دستگاه می‌تواند الکتریکی باشد و از طریق معکوس کردن جریان موتور کار می‌کند.

تنظیم سرعت دستگاه از طریق پتانسیومتر انجام می‌گیرد. یک سرعت‌سنج، سرعت دستگاه را بر حسب دور بر دقیقه (RPM) نشان می‌دهد.

استفاده از سانتریفیوژ

کاربر می‌تواند درب دستگاه را باز کند و نمونه‌ها را در آن قرار داده و یا بردارد. درب دستگاه معمولاً دارای قفل ایمنی است که مانع از کار کردن دستگاه در زمانی که درب باز است، می‌شود.

کاربر می‌تواند از طریق صفحه کلید روی دستگاه شیوه کار با دستگاه را کنترل کند. معمولاً مقادیر مهم دستگاه مانند سرعت چرخش، دمای محفظه و زمان سپری شده نشان داده می‌شود.

بعد از این‌که نمونه‌ها در دستگاه قرار داده شد، درب آن را بسته و سرعت، مدت زمان و دمای مناسب (در صورت یخچال‌دار بودن) انتخاب می‌شود. در برخی مدل‌ها می‌توان زاویه چرخش را نیز انتخاب کرد. در برخی مدل‌ها می‌توان تنظیمات را برای یکبار انجام داد و آن‌را به عنوان یک برنامه کاری در دستگاه ذخیره کرد.

در صورت سانتریفیوژ کردن مایعات خطرناک، ایمنی شخصی پرسنل باید رعایت شود. در چنین مواقعی علاوه بر درب خارجی دستگاه، یک درب داخلی نیز می‌توان تهیه کرد که تمام لوله‌ها و روتور را پوشش می‌دهد. یک نوار دور درب نیز وجود دارد که فاصله میان درب و بدنه دستگاه را عایق می‌کند. در بسیاری از دستگاه‌های امروزی نیز برای تخلیه مایعات ریخته شده درون دستگاه، ظرف تخلیه در نظر گرفته شده است. در مواقع احتیاط می‌توان از وسایل محافظت فردی (مانند عینک، محافظ صورت) نیز استفاده کرد.

مشکلات گزارش شده

کالیبراسیون برای عملکرد صحیح یک سانتریفیوژ بسیار حیاتی است. دقت زمان‌سنج، دمای نشان داده شده و سرعت دستگاه باید به صورت متناوب بررسی شود. (پیشنهاد بیشتر شرکت‌ها 3 ماه یکبار است.) و در صورت نیاز قطعات معیوب جایگزین شوند.

از آنجایی که سانتریفیوژها به صورت گسترده در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شوند و همچنین خطر ذاتی این‌گونه از دستگاه‌ها، بیشتر سازندگان تعمیرات دوره‌ای را به شدت سفارش می‌کنند. جریان نشتی، مقاومت زمین، وضعیت زغال‌ها، قفل ایمنی درب و روانکاری قسمت‌های متحرک باید به صورت متناوب کنترل شود. زغال‌ها باید پیش از این‌که به صورت کامل ساییده شوند، تعویض شوند. کربن‌های ساییده شده باید به صورت متناوب تمیز شوند.

سانتریفیوژها جریان الکتریکی زیادی می‌کشند؛ بنابراین باعث افت ولتاژ و یا نویز الکتریکی در خط برق ورودی خود می‌شوند. در چنین شرایطی ممکن است کارکرد برخی از دستگاه‌های دیگر مانند اسپکتروفتومترها، اتوآنالایزرها، سل کانترها و ... دچار اختلال شود، بنابراین خط برق ورودی سانتریفیوژ باید جدا از این‌گونه دستگاه‌ها باشد.

روتور دستگاه بسیار آسیب‌پذیر است، روتورها باید به صورت صحیح روی محور سانتریفیوژ قرار گیرند؛ زیرا لق بودن آنها باعث سایش بیش از حد قطعات متحرک می‌شود. اگر روتور به صورت مطمئن در جای خود بسته نشود، ممکن است در سرعت‌های زیاد جدا شود. روتورهای مدل‌های مختلف نباید با هم تعویض شوند و فقط در صورتی این کار انجام گیرد که آنها به طور خاص برای آن مدل‌ها طراحی شده باشند. 

مواد شیمیایی خورنده که در برخی از مایعات پاک‌کننده وجود دارد ممکن است باعث خورده شدن و از میان رفتن سطح روتور شوند؛ بنابراین فقط باید از مواد سفارش شده توسط سازنده برای پاک کردن آنها استفاده کرد.

توالی تعمیرات پیشگیرانه در این قسمت‌های مختلف دستگاه متفاوت است اما بسیاری از سازندگان، پاک کردن روزانه محفظه داخلی دستگاه را سفارش می‌کنند. هرگز نباید زمانی‌که درب سانتریفیوژ باز است، دستگاه شروع به کار کند. عواملی که ممکن است باعث شکستن لوله نمونه در دستگاه باشند شامل تراز یا بالانس نبودن روتور دستگاه، لوله‌های قدیمی و مستعمل و جایگذاری نادرست لوله‌ها است.

ممکن است در یک سرعت خاص، لرزش‌هایی در دستگاه ایجاد شود. این لرزش برای هر دستگاه مختلف است و دلیل آن شرایط دینامیکی هر دستگاه است که به آن رزونانس می‌گویند. دستگاه در سرعت‌های بالاتر و یا کمتر از رزونانس باید عملکردی آرام و بدون صدا داشته باشد.

توصیه‌های خرید

توصیه‌های سفیر آگاهی

برای دانستن حداقل مواردی که باید در مورد خرید این‌گونه دستگاه‌ها رعایت کرد، می‌توانید به جدول‌های موجود در سایت سفیر آگاهی به نشانی www.safirmed.com یا کتاب سفیر آگاهی مراجعه کنید که در اینجا به اختصار به بعضی از آنها اشاره می‌کنیم.

به علت استفاده‌های گوناگونی که از دستگاه سانتریفیوژ می‌شود، خریداران باید خواسته‌های خود مانند سرعت روتور، نوع و حداکثر ظرفیت را دقیقاً مشخص کنند. ایمنی دستگاه نیز باید در درجه اول اهمیت قرار گیرد. پیشنهاد می‌شود قفل درب دستگاه به گونه‌ای باشد که در صورتی‌که درب دستگاه باز شد، جریان برق موتور قطع شود و یا تا زمان توقف کامل روتور ضامن آن باز نشود.

بهتر دستگاه مجهز به هشدارهای صوتی باشد تا در صورت بالانس نبودن، جریان نشتی، باز بودن درب و پایان کار دستگاه به کاربر اطلاع داده شود. دستگاه‌های بدون زغال به علت اینکه تعمیرات کمتری دارند، از دستگاه‌هایی که در آنها از زغال استفاده می‌شود، بهتر هستند.

علاقمندان برای مطالعه متن کامل این مقاله می‌توانند به سایت www.safirmed.com مراجعه کنند. شرکت‌های دارنده این‌گونه دستگاه‌ها برای معرفی محصولات خود در جدول‌های مقایسه‌ای تخصصی تجهیزات پزشکی می‌توانند به نشانی www.safirmed.com مراجعه کنند یا با روابط عمومی سفیر آگاهی تماس گیرند.

با توجه به این‌که در شماره آینده درباره میکروسکوپ آزمایشگاهی صحبت خواهیم کرد و جدول‌های مقایسه‌ای مربوط به آن چاپ خواهد شد؛ بنابراین از تمامی فعالان این حوزه دعوت می‌کنیم برای تکمیل اطلاعات مربوط به خود با سفیر آگاهی به شماره 77500165 تماس بگیرند.