微量离心机如何离心粘稠样本(如组织匀浆)?

对于组织匀浆等高粘度生物样品,常规微量离心机操作容易出现转子过载、样品不平衡或离心效率低下等问题。粘度越高,流体阻力越大,使得固体组分难以快速聚集到管底,甚至出现管壁附着、液面回流等现象。为保证分离效果并保护仪器,应针对粘稠度、管材及离心参数进行优化,并严格遵循平衡与温度控制原则。

一、样本预处理:降低粘度、去除大块杂质

  1. 酶消化或化学分解

    • 对于致密组织,可先用胰蛋白酶、胶原酶等酶解,使细胞外基质部分降解,降低整体黏滞性;

    • 也可酌情添加少量去污剂(如0.1% Triton X-100)协助破碎,但须考虑后续实验对去污剂的敏感性。

  2. 稀释与缓冲

    • 以合适比例缓冲液(如PBS、Tris-HCl)将匀浆体积稀释2–5倍,既减小剪切阻力,也有助于分散颗粒;

    • 若实验允许,可加入甘油至5–10%,进一步改善流动性并稳定蛋白。

  3. 过筛与预离心

    • 通过40–100 μm细胞滤网,将未破碎大组织块或纤维性杂质去除;

    • 预离心(2,000–3,000 ×g,4 °C,5 min),去除大颗粒后,再对上清进行高速离心。


二、离心管与转子选择:兼顾耐压与兼容性

  1. 管材和壁厚

    • 聚丙烯(PP)或聚碳酸酯(PC)材质的微量离心管常见,壁厚应≥0.8 mm,以承受高转速带来的离心力

    • 对于极高粘度,可使用1.5 mL螺口管,并在管口加装密封圈,防止泄漏。

  2. 管内体积与填充率

    • 样品体积建议控制在管容量的50–80%以内,过满易在离心过程中形成液面波动;

    • 如果样品更粘稠,应适当减小装载量,避免管内压力分布不均。

  3. 转子类型

    • 固定角度转子(一般为45°):有利于颗粒较快沿管壁下沉,沉淀斑呈扇形;

    • 摆动式转子(水平转子):沉淀集中于管底,方便回收,但平衡要求更高。


三、离心参数设定:结合RCF与时间权衡

  1. 相对离心力(RCF)计算

    • 公式:RCF = 1.118 × 10⁻⁵ × r × (RPM)²,其中r为转头半径(cm)

    • 根据颗粒大小、悬浮介质粘度,粘稠样本可适当提高至10,000–15,000 ×g;

  2. 转速与循环次数

    • 若单次离心沉淀不完全,可分多次进行,每次设定较短时间(如5 min),中间轻轻吸取上清再继续;

    • 或者先行低速(5,000 ×g,2 min)去除大块杂质,再高速(12,000 ×g,10 min)收集所需成分。

  3. 温度控制

    • 为保护蛋白与酶活性,应在4 °C环境下运行;

    • 如果离心机无制冷功能,可在冰上预冷离心管,且连续离心间隔短,保持试剂低温。


四、加速与减速程序:保护沉淀结构

  1. 软启动(低加速)

    • 粘稠样品易在快速加速时剧烈振荡,建议选择加速等级2–4(满分5级),减小液体扰动;

  2. 软停止(低减速)

    • 避免快速泄能导致沉淀被重新悬浮,减速等级≤3为宜;

    • 如无分级可选,尽量开启“刹车”开关以降低制动强度。


五、平衡操作:确保转子寿命与运行安全

  1. 等重量对称放置

    • 粘稠度高的样本质量难以肉眼判断,需在天平上认真配对,每组管差值≤0.01 g;

  2. 空管平衡

    • 如样本数量为奇数,可以等量水或缓冲液补足空管,确保对称;

  3. 检查卡槽和转子接口

    • 定期清理转子槽内杂物,避免因微小异物造成离心过程中的震动。


六、离心后处理:轻柔回收与二次清洗

  1. 弃去上清

    • 使用低粘度吸头或移液枪,沿管壁缓慢移除液体,避免吸入沉淀团;

  2. 二次洗涤

    • 若需去除杂质,可在管底加适量洗涤缓冲液(如PBS),轻轻颠倒混匀后再重复一次短时间离心;

  3. 沉淀溶解

    • 根据后续实验,加入适量裂解缓冲液缓慢溶散,必要时可在冰浴或超声条件下轻柔处理。


七、常见故障及排除

问题现象可能原因解决方案
转子剧烈振动或异响平衡不佳或管中漏液重新精准配重;检查管塞是否紧密;清理残液
样本分离效率低粘度过高或RCF不足提高稀释倍数;增大RCF或延长离心时间;分步离心
管壁出现泡沫样本剧烈搅动或缓冲液不兼容选择更柔和的加速/减速程序;更换适合的裂解/洗涤缓冲液
温度异常升高制冷系统故障或超负荷运行减少单次样本量;清理冷凝器;联系维护人员检查制冷模块

八、进阶技巧与应用

  1. 结合过滤柱技术

    • 对于核酸或蛋白纯化,可先将匀浆上清通过硅胶柱或磁珠富集,再予以微量离心机快速脱除剩余液体;

  2. 多孔板离心

  3. 梯度离心

    • 在照片上建立连续蔗糖或聚乙二醇梯度,将样品分层加载,通过高密度介质进一步分离细胞器或大分子复合体。


九、小结
粘稠样本在微量离心机上的成功处理,关键在于预先降低黏度、精确控制离心力与温度、合理设置加减速程序以及严格执行平衡原则。通过分步预离心、梯度分离或结合过滤、磁珠技术,能够进一步提高分离纯度与回收率。掌握上述技巧,可显著提升组织匀浆、粘多糖样本或高蛋白溶液等复杂体系的离心效率,为后续实验提供稳定可靠的样品基础。


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