在生物實驗中，全自動離心機的轉速與離心力（RCF，相對離心力）需根據樣品特性（如顆粒大小、密度、黏度）匹配，以確保分離效果和樣品活性。以下是具體匹配原則和應用場景：

一、核心原理：轉速與離心力的換算

離心力（RCF）與轉速（RPM，每分鐘轉數）、離心機半徑（r，旋轉軸到離心管底部的距離，單位為 cm）的關系公式：

關鍵影響因素：

· 轉速相同時，離心機半徑越大，RCF 越大（如落地式離心機通常比臺式離心機半徑大）。

· 樣品特性：大顆粒（如細胞）需較低 RCF，小顆粒（如蛋白）需較高 RCF。

二、不同樣品的離心參數匹配

1. 細胞類樣品（如哺乳動物細胞、細菌）

· 特點：顆粒較大（直徑 1-100 μm），密度接近培養基，易受高剪切力損傷。

· 離心目的：收集細胞、去除培養基或分離細胞組分（如細胞器）。

· 推薦參數：

· 轉速：500-3000 RPM（對應 RCF 約 50-1000×g）。

· 比如：

· 哺乳動物細胞（如 HEK293、CHO 細胞）：通常 1000-2000 RPM（約 100-300×g），離心 5-10 分鐘，避免細胞破裂。

· 細菌（如大腸桿菌）：需更高轉速（2000-3000 RPM，約 300-1000×g），因菌體密度較高，離心時間可延長至 10-15 分鐘。

· 注意事項：

· 低溫離心（4℃）可維持細胞活性，減少酶解。

· 避免使用過高 RCF，防止細胞結塊或損傷（如酵母細胞在 > 1500×g 時易破裂）。

2. 蛋白質類樣品（如重組蛋白、酶、抗體）

· 特點：顆粒小（分子量 10-100 kDa，直徑約 2-10 nm），需根據純化階段調整分離條件。

· 離心目的：

· 粗提階段：分離細胞碎片與上清液（含可溶性蛋白）。

· 純化階段：通過超速離心分離亞細胞結構或蛋白復合物。

· 推薦參數：

· 低速離心（粗提）：

· 轉速：3000-10,000 RPM（約 1000-15,000×g），離心 10-30 分鐘。

· 用途：破碎細胞后去除細胞壁、膜碎片等大顆粒，收集含蛋白的上清液。

· 高速 / 超速離心（純化）：

· 轉速：10,000-100,000 RPM（對應 RCF 約 15,000-1,000,000×g），需使用超速離心機。

· 用途：

· 密度梯度離心（如蔗糖 / 氯化銫梯度）：分離不同密度的蛋白（如病毒樣顆粒、脂蛋白），RCF 可達 100,000×g 以上，離心數小時至過夜。

· 差速離心：分步分離細胞器（如線粒體、溶酶體），通過逐步提高 RCF（如先 10,000×g 沉淀細胞核，再 50,000×g 沉淀線粒體）。

· 注意事項：

· 高速離心時需平衡離心管，避免轉頭磨損或樣品飛濺。

· 蛋白樣品需保持在合適 pH 和鹽濃度中，防止變性（如添加蛋白酶抑制劑、使用 Tris 緩沖液）。

3. 其他常見樣品（如核酸、病毒）

· 核酸（DNA/RNA）：

· 常規提取（如質粒 DNA）：轉速 12,000-16,000 RPM（約 15,000-20,000×g），離心 5-10 分鐘，用于沉淀菌體或分離有機相。

· 超螺旋 DNA 純化：超速離心（>50,000 RPM，RCF>100,000×g）結合氯化銫梯度，分離不同構象的 DNA。

· 病毒顆粒：

· 分離病毒（如腺病毒、慢病毒）：超速離心（100,000×g 以上），通過密度梯度（如碘克沙醇）純化，離心時間通常 > 2 小時。

三、實驗設計要點

1. 預實驗優化：

· 初次使用新樣品時，建議從低 RCF 開始（如 500×g），逐步提高轉速，觀察沉淀效果和樣品完整性。

· 例：分離貼壁細胞時，先 1000 RPM 試離心，若沉淀量不足，再增至 1500 RPM。

2. 離心條件記錄：

· 同時記錄 RPM 和 RCF，因不同離心機半徑可能導致相同 RPM 下 RCF 差異顯著。

· 例：兩臺離心機均設為 3000 RPM，半徑 10 cm 的機器 RCF 為約 1000×g，而半徑 20 cm 的機器 RCF 可達 2000×g。

3. 樣品保護措施：

· 低溫離心（4℃）適用于酶、抗體等熱敏性樣品，減少降解。

· 使用帶軟墊的離心管或降低轉速，避免剪切力破壞脆弱樣品（如血小板、外泌體）。

四、典型場景案例

五、總結

· 低 RCF（<5000×g）：適用于大顆粒樣品（細胞、組織碎片），以溫和分離為原則。

· 中高 RCF（5000-50,000×g）：適用于蛋白粗提、細胞器分離，需平衡效率與樣品活性。

· 超高 RCF（>50,000×g）：僅用于病毒、核酸等超微顆粒的純化，需專業超速離心機和嚴格操作規范。

通過精確計算 RCF、優化轉速和時間，并結合樣品特性調整條件，提升實驗成功率和樣品質量。

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