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超遠心分離機は、ローターを非常に高速で回転させるために最適化された遠心分離機であり、 1 000 000 g（約9 800 km/s²）もの加速度を発生することができます。[1]超遠心分離機には、分取用と分析用の2種類があります。どちらの種類の機器も、分子生物学、生化学、高分子科学で重要な用途があります。 [2]
歴史
1924年、テオドール・スヴェドベリは7,000 g（12,000 rpm）を発生できる遠心分離機を製作し、以前に開発された超顕微鏡と並べて超遠心分離機と名付けました。1925年から1926年にかけて、スヴェドベリは100,000 g（42,000 rpm）までの磁場を許容する新しい超遠心分離機を製作しました。 [3]現代の超遠心分離機は通常、100,000 gを超える磁場を許容するものと分類されます。[4]スヴェドベリは、超遠心分離機を使用したコロイドとタンパク質の研究により、1926年にノーベル化学賞を受賞しました。 [5] [6] [3]
1930年代初頭、エミール・アンリオは、適切な場所に設置された圧縮空気の噴流がベアリングのないコマを非常に高速で回転させることができることを発見し、その原理に基づいて超遠心分離機を開発した。バージニア大学物理学部のジェシー・ビームスは、まずその原理を高速カメラに応用し、その後アンリオの超遠心分離機の改良を開始したが、ローターが常に過熱していた。[7]
ビームの弟子エドワード・グレイドン・ピケルズは1935年にシステムを真空にすることでこの問題を解決し、高速で発生する摩擦を減らすことができました。真空システムによりサンプル全体の温度を一定に保つこともでき、沈降結果の解釈を妨げる対流を排除することができました。 [8]
1946年、ピケルスは自身の設計に基づいた分析用および分取用超遠心分離機を販売するため、スピンコ（Specialized Instruments Corp.）を共同設立した。ピケルスは自身の設計が商業利用には複雑すぎると考え、より操作が簡単で「絶対に失敗しない」バージョンを開発した。しかし、設計が改良されても分析用遠心分離機の売上は低迷し、スピンコは倒産寸前となった。同社は、バイオメディカル研究室の主力製品として人気が高まりつつあった分取用超遠心分離機モデルの販売に集中することで生き延びた。[8] 1949年、スピンコは最高速度40,000rpmに達する初の分取用超遠心分離機、モデルLを発表した。1954年、ベックマン・インスツルメンツ（後のベックマン・コールター）が同社を買収し、スピンコ遠心分離機部門の基礎を築いた。[9]
計装
超遠心分離機には、さまざまな実験に適したさまざまなローターが用意されています。ほとんどのローターは、サンプルを含むチューブを保持するように設計されています。 スイングバケットローターでは、チューブをヒンジで吊るすことができるため、ローターが最初に加速するとチューブが水平に向きを変えます。[10] 固定角度ローターは単一の材料ブロックで作られており、所定の角度で穴が開けられたキャビティでチューブを保持します。 ゾーナルローターは、チューブではなく単一の中央キャビティに大量のサンプルを収容するように設計されています。一部のゾーナルローターは、ローターが高速で回転している間にサンプルを動的にロードおよびアンロードできます。
分取ローターは、細胞小器官（ミトコンドリア、ミクロソーム、リボソーム）やウイルスなどの微粒子画分のペレット化のために生物学で使用されます。また、チューブを上から下に向かって溶液中の高密度物質の濃度が増加するように満たす グラジエント分離にも使用できます。ショ糖勾配は、通常、細胞小器官の分離に使用されます。セシウム塩の勾配は、核酸の分離に使用されます。サンプルが分離を生成するのに十分な時間、高速で回転した後、ローターをスムーズに停止させ、各チューブからグラジエントをゆっくりとポンプで排出して、分離された成分を単離します。
危険
稼働中の超遠心分離機のローターの回転運動エネルギーは莫大であるため、回転中のローターが破滅的に故障すると、爆発する恐れがあり、深刻な問題となる。ローターは従来、アルミニウムやチタンなどの重量比強度の高い金属で作られてきた。日常的な使用や強い化学溶液によるストレスにより、ローターは最終的に劣化する。このリスクを軽減するには、推奨される範囲内で機器とローターを適切に使用し、腐食を防ぎ劣化を検知するためにローターを慎重にメンテナンスする必要がある。[11] [12]
最近では、一部のローターは軽量の炭素繊維複合材料で作られており、最大60％軽量化され、加速/減速率が速くなっています。炭素繊維複合ローターは耐腐食性もあり、ローターの故障の主な原因を排除します。[13]
参照
参考文献
- ^ 「Optima MAX-XP」。2016年2月20日閲覧。
- ^ Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón. Bioanalytical Chemistry、第13章 遠心分離法。John Wiley & Sons、2004年3月4日、247-267ページ。
- ^ ab "Svedberg Lecture" . 2019年2月18日閲覧。
- ^ 「Beckman Centrifuges」。2019年2月18日閲覧。
- ^ 「Svedberg」 。 2010年6月23日閲覧。
- ^ ジョー・ローゼン、リサ・クイン・ゴッサード。物理科学百科事典。Infobase Publishing; 2009年。ISBN 978-0-8160-7011-4。p . 77。
- ^ 「光線」。
- ^ ab Elzen B.真空超遠心分離機。20世紀技術百科事典、コリン・ヘンプステッド＆ウィリアム・ワージントン編、ラウトレッジ、2005年、p. 868。
- ^ アーノルド・O・ベックマン：卓越の百年。アーノルド・サックレーとマイナー・マイヤーズ・ジュニア著。フィラデルフィア：ケミカル・ヘリテージ財団、2000年。
- ^ 「スイングバケット遠心分離機ローター - Beckman Coulter」www.beckman.com . 2021年10月13日閲覧。
- ^ Beckman Instruments、Spinco 部門。緊急是正措置通知: 超遠心分離機の化学爆発の危険性を最小限に抑えるための再分類。1984 年 6 月 22 日。
- ^ グッドマン、T. 遠心分離機の安全性とセキュリティ。アメリカン・ラボラトリー、2007 年 2 月 1 日
- ^ ピラムーン、シーラ。「カーボンファイバーが遠心分離機の柔軟性を向上：長年にわたる遠心分離機ローターの進歩により、研究室の生産性が向上しました。」実験室機器 2011 年 3 月：12+。General Reference Center GOLD。Web。2015 年 2 月 15 日。
外部リンク
- タンパク質科学における最新の分析用超遠心分離法：チュートリアルレビュー
- 多重シグナル沈降速度分析超遠心分離法による多タンパク質複合体の研究
- 超遠心分離機の爆発に関する報告