二、物理原理与离心力要求

2.1 离心力与病毒沉降

离心机通过将样品置于旋转刚体内，使其产生离心力Fc=mω2rF_c = m \omega^2 rFc=mω2r，以加速颗粒的沉降过程。常用参数：

• RPM（转速）：每分钟转数；

• RCF（×g）：相对地心重力倍数，计算公式：

  RCF=1.118×10−5×r(cm)×[RPM]2RCF = 1.118 \times 10^{-5} \times r(\mathrm{cm}) \times [RPM]^2RCF=1.118×10−5×r(cm)×[RPM]2

病毒颗粒直径通常在20–300 nm之间，质量极小，要在给定时间内有效沉降，通常需要RCF范围在10,000–100,000 ×g，甚至更高。

2.2 管架离心机的离心力能力

典型管架离心机的最大转速一般在6,000–8,000 rpm，对应RCF约5,000–7,000 ×g（具体取决于转子半径）。与超速离心机相比，RCF不足一量级，无法在常规周期（10–30 min）内高效沉降纳米级病毒颗粒。因此，单纯依赖管架离心机进行病毒颗粒直接沉降，多数情况下难以满足分离效率要求。

三、病毒分离的常见离心技术

3.1 低速离心

• 目的：去除细胞残骸、大颗粒杂质

• 参数：500–3,000 ×g，5–15 min

• 应用：取样上清预处理

3.2 中速离心

• 目的：分离亚细胞成分（线粒体、溶酶体）

• 参数：5,000–15,000 ×g，10–30 min

3.3 超速离心

• 目的：富集病毒颗粒

• 参数：50,000–100,000 ×g，1–3 h

• 设备：固定角转子或水平转子超速离心机

3.4 密度梯度离心

• 目的：纯化不同密度的病毒亚型或去除蛋白质污染

• 介质：蔗糖梯度（10%–60%）、CsCl梯度（1.2–1.4 g/mL）

• 参数：50,000–100,000 ×g，2–4 h

可见，真正的病毒颗粒分离，尤其是纯化，离心力需求远超管架离心机常规模块。

四、管架离心机在病毒分离流程中的角色

虽然管架离心机难以单独完成病毒颗粒富集，但可在前处理与辅助步骤中发挥以下关键作用：

4.1 去除细胞与大颗粒杂质

• 步骤：将病毒样本（如感染细胞培养上清或血清）先以2,000–3,000 ×g离心5–10 min，去除细胞碎片与大颗粒。

• 效果：提高后续超速离心效率，减少管子堵塞和梯度破坏风险。

4.2 初级浓缩

• 在高浓度病毒样品（如浓缩液或上清）进行5,000–7,000 ×g的中速离心，可使少量病毒或颗粒与蛋白大分子共同沉降。

• 注意：此步骤收集的沉淀多为混合物，需要超速离心进一步纯化。

4.3 辅助梯度制备

• 管架离心机可用于制备或均化密度梯度溶液：离心管加入梯度溶液后，以低速离心确保梯度稳定，无气泡干扰超速梯度分离。

4.4 样本澄清与灭菌前处理

• 离心去除大颗粒后，样本易于通过0.22 μm滤膜灭菌；管架离心机可减轻滤膜负担，延长过滤寿命。

五、实际应用案例

案例一：新冠病毒（SARS-CoV-2）研究

在多篇SARS-CoV-2分离与检测方案中，常将感染细胞上清先以3,000 ×g离心去碎片，再利用超速离心（100,000 ×g）沉淀病毒。管架离心机在前处理步骤中广泛应用，大幅提高超速离心柱的寿命。

案例二：流感病毒疫苗制备

• 预处理：2,500 ×g去除细胞杂质；

• 中速浓缩：5,000 ×g浓缩病毒；

• 超速分离：30%蔗糖梯度，100,000 ×g纯化；

• 管架离心机在疫苗上下游各环节皆有使用，作为“流水线”前站。