实验离心机技术新进展：

设备：
近二十年离心机的转速、离心力加速度、容量、使用寿命，都有了很大提高，在驱动器、转头、电子、电器空控制、制冷系统、整机配置及附件等各方面都有了长足进步。至今，我们可以说，对于已知或未知的生物体组份，用实验离心设备进行分离纯化已经没有太多困难。现代离心设备除了直接按照使用者要求（转速、时间、温度、程序、转头等）进行离心实验外，还可以对各种样品的离心分离在离心前就离心条件进行探索和优化。  驱动部：有串激（或复激）直流有碳刷电机直接或间接（齿轮或皮带增减速）驱动演变为如今的变频电机直接驱动。

变频电机直接驱动的优点是：在各种不同转速都能输出最大扭距（这样就开发了如今的 很多种高-低速兼用型号，如一机多用提供了有效的驱动方式）；维护和日常维修周期延长。原来的串激直流电机碳刷寿命一般在102~103 小时，碳刷的频繁更换及整流器的加工给用户 造成很多不便。使用变频电机后，驱动部的维护周期对高速离心机来说提高到3000~5000 小时以上（轴承更换）而对没有制冷设备的低速离心机和用油润滑的超速离心机，驱动部的 免维护周期可提高到十年以上；降低了运转噪声。免除了碳刷与整流器摩擦产生的高频噪声。实现了室内安静运转。（如HITACHI CS-150GX 超速机在150,000rpm 运转时噪声指标为 48dbA 以下）；实现了对转速、加减速速率的数字化计算机控制，达到了很高的控制精度（如 100,000rpm 以下运转转速控制精度达到±10rpm）；免除了碳粉污染，使得这类离心机可以进入无菌、无尘实验室，这对某些生物样品（如注射用药、疫苗、生物制品）及血液（血库、血站、血液中心）和医学研究的离心分离尤其重要；此外，同等功率的变频电机重量轻、体积小，便于装卸和修理；电机本身结构简单（和一般感应电机一样）成本较低。驱动部减震功能的改进使驱动部寿命增加，使肉眼观测液面水平而不用天平的常规离心操作  成为可能。

转头：

突出的改进表现在经计算机计算优化后的轻型转头；碳纤维材料制造的超速和大容量超轻转头；适用于生物大分子（DNA，RNA，蛋白等）离心分离用的小倾角转头（固定倾角 7°~10°）；超高速，特大离心力转头等等。 
铝合金制造的轻型大容量转头：以往的6×500ml 角转头自重24kg 以上，经过计算 机的三元有限元法计算优化后。同容量，同转速（或更高）的转头重量只有14.5kg，大大减轻了操作者的负担。
碳纤维制造的超速及高速转头，重量轻，容量大。特别是在高速冷冻离心机中配置的 新型CF 角转头单管容量达到1000ml，总容量达到4~6l。 
小倾角超速固定角转头既保持了垂直管转头沉降距离小，纵剖面面积大分离时间短的 优点，也兼有一般固定角或转头作梯度分离时纯样品区带在减速过程中不接触沉淀的特点，最适用于质粒DNA，染色体DNA，RNA 分离。 
超大离心力转头的开发：缩短了某些难以分离的生物样品的分离时间，减少了浓度扩 散的作用，提高了分离纯度和分辨率。微机控制；
与PC 机联用的接口和软件；转头寿命的自动管理和转头寿命的自动延长；更多的故障自我诊断与显示；用户使用功能的增加；某些实用离心功能的设置（如高速离心机转头温度 的直接显示、在预置转速实际运转时间控制（RTC）；显示屏上提供转头样本及模拟计算图形及数据；外接打印功能，联网遥控功能，高低速离心转头自动识别功能，非接触式不平衡保护、用户锁或密码设定功能、预冷功能、转头自动锁定功能等等）；高亮度LCD 显示屏等等。 离心技术应用软件：
九十年代开始日立CP-α系列与Beckman XL 系列超速机开始设置模拟功能（沉降速度 法模拟与沉降平衡法模拟）本世纪初Hitachi Koki 的CP-MX 系列离心机又增加了供与PC 机联用的模拟软件。这样就扩展了模拟计算功能。利用模拟可以在离心前对某一特定样品选   择最佳离心参数；在离心后根据某些已知参数计算样品分子量、沉降系数、扩散系数、微分比容等等。这种机型还把转头历次运转的转速、时间数据全部记录在转头下部的磁环上，实现了真正意义上的转头寿命自动管理。
故障自我诊断与显示：是现代离心机完美服务的一个特色。九十年代初一般离心机只   提供少量的故障自我诊断，其中大部分是保护功能。而如今的超速离心机已经能提供近百种故障的自我诊断结果，为排除故障提供了依据。（对部分稍有技术条件的单位可自行维修）  用户使用功能的增加：如RCF 计算，ω 2t 自动计算与设置；在显示屏上提供各种实用菜单。提供使用说明书上的部分内容等等。 显示屏：九十年代前使用的LED 显示屏，CRT 显示屏及一般黑白LCD 显示屏已改 为目前的高亮度彩色背景液晶显示屏。清晰、柔和、分辨率高，令人赏心悦目，06年起日立开始配置彩色触幕屏。

制冷系统：

使用压缩机制冷的高速、大容量和台式机都已实现了无氟制冷，并在最高转速运转时样品温度可保持在4℃~5℃以下。九十年代起Beckman 及Hitachi 的超速离心机开始使用半导 体制冷元件代替压缩机制冷。体积小、噪声低、温控精度高是它的特点。而近年来又采用了第三代Peltier 效应电子热泵，使半导体制冷元件的寿命提高到10 年以上。

离心方法新进展：

·实验离心技术的数学计算：（包括沉降方程的建立，Svedberg 方程的建立，离心加速 度、沉降速度、沉降时间、沉降系数、分子量、扩散系数、微分比容、液体动压力转子K 系数Pi 系数等等）在70 年代以前已经建立；而离心方法（差分离心法、速率-区带密度梯 度离心法，等密度离心法以及分析超离心的沉降速度法、沉降平衡法-包括纹影光学系统、干涉光学系统，吸收扫描光学系统等等）则在更早些时候就已经得到充分的研究。其中一些 简单的运算已被广大实验人员熟练地运用。但涉及分子量、沉降系数、沉降速度、扩散系数等较为繁复的运算工作，只有极少数研究人员在用。微机在离心机上的应用以及PC 机的普 及从八十年代开始开发沉降平衡法及沉降速度法的计算机模拟，利用制备超速离心机和离心 技术的数学分析来探知生物样品的沉降过程。在已知某些参考条件下计算S，M，D 等重要 参数。尤其是前者，对某些样品的离心结果知之甚少的情况下，预先利用离心分离软件来优化选择离心参数有很高使用价值。值得注意的是某些离心机还专门为与PC 机联用开发了模 拟软件，既降低了离心主机的价格，又扩展了模拟计算范围，收到了很好的效果。

·某些特定样品离心方法的研究和推广。如：质粒DNA 分离：用小角度转头，CSCL 加E.B.和Triton-x-100 的自形成梯度平衡等密度离心法（文献12，13） ；血清脂蛋白的离心分离：包括单次垂直管离心法等等（（11），（14）） ； 超高速、小容量的生物大分子快速离心分离法（文献12）等等。

参考文献：

1) Svedberg，T. Pederson， K.“The Ultracentrifugation”OxfordUniversity press.(1940)
2) Pickels,E.G. J.Gen.Phys. 26, PP341~360 1943
3) Pickel,E.G. “Centrifugation inBiophysical Research Methods” Interscience,New York (1950)
4) Brakke,M.K. Adran.Virus.Res. Vol.7 193~224 (1960)
5) Kahler,M. J.Phys. Colloid Chem.55,1344-1350(1951)
6) Meselson,M 等 Proc.Nat.Acad.Sci. U.S. 43,581~588,(1957)
7) De Duve ,C.J. Cell Biol.Vol.50,No.1, 20~25(1959)
8) Anderson,N.G. Anal.Biochem. 31,255;32,460(1969)
9) Rechard, E.G. J.Phy.Chem. 63,1578(1959)
10) Nichols,J.B. “Physical Methods of Organic Chemistry” 3rd ed. Pt.II, Interscience press.New York (1959)
11) B.H. Chung etc. J.Lip.Res. Vol:21 PP284~291 (1980)
12) D.Rickwood,B.D. Hames, “Preparative Centrifugation- A Practical Approach ” OxfordUniversity Press (1922)
13) 余兴明 “质粒DNA 的超速离心分离” 生命的化学，1994.1
14) 余兴明 “血清脂蛋白的离心分离技术” 生命的化学，1997.3
15）余兴明 “离心技术讲座”（有21篇文章和大量的分离实例）2005-2006

作者：余兴明   电话：13764301893,yuxingming@techcomp.cn