一、离心分离原理与基础概念
离心力与密度分层
离心过程中，试管内质点在离心力作用下沿径向移动，不同密度组分在达到平衡位置时形成分层。相对离心力（Relative Centrifugal Force, RCF）是描述离心强度的常用指标，其计算公式为：RCF=1.118×10−5×r×(RPM)2\mathrm{RCF} = 1.118 \times 10^{-5} \times r \times (\mathrm{RPM})^2RCF=1.118×10−5×r×(RPM)2
其中，rrr 为离心半径（cm），RPM 为每分钟转速。
转子类型
固定角转子（Fixed-angle Rotor）：常用于血液分离，样本在倾斜角度下迅速分层，沉淀更集中；
摆动臂转子（Swing-bucket Rotor）：样本管垂直放置，分层平整，适用于形成明显的三层界面；
微量转子（Microcentrifuge Rotor）：用于小体积样品（<2 mL），常结合高转速实现快速沉淀。
温控与缓冲
离心温度影响血液成分的稳定性和活性。通常，血液分离在 4 ℃ 或室温条件下进行，根据实验需求选择，以避免血小板激活或血浆蛋白变性。
二、离心机与转子选型
仪器性能
最大转速与RCF：需满足血小板富集或血浆除细胞的不同需求，一般固定角离心机最大RCF ≥ 1,500 ×g；微量离心机最大RCF ≥ 20,000 ×g；
温控范围：4 ℃–40 ℃ 可调，以适应不同组分分离要求；
安全功能：失衡检测、门盖锁定、超速/过温保护。
转子材质与容量
铝合金转子：轻量、耐腐蚀，常见于通用血液分离；
不锈钢转子：耐高温、耐化学，适用于苛刻条件或反复高温灭菌；
管容量：根据血样体积选择 1.5 mL、5 mL、10 mL、50 mL 等转子腔体。
转速校准与维护
定期使用测速仪或标准试纸检测实际转速，校正仪器偏差；转子平衡校验与维护，确保分离效果一致。
三、关键参数设定
1. 分离目标与RCF、时间配置
| 分离目标 | RCF (×g) | 转速 (RPM，示例) | 时间 (min) | 温度 | 转子类型 |
|---|---|---|---|---|---|
| 血浆分离（全血→血浆） | 300–500 ×g | ~1,500–2,000 | 10–15 | 室温/4 ℃ | 固定角或摆动臂 |
| 血小板富集（PRP制备） | 100–200 ×g | ~800–1,200 | 10 | 室温 | 固定角 |
| 血浆除血小板 | 1,000–1,500 ×g | ~3,000–4,000 | 10–15 | 室温/4 ℃ | 固定角或摆动臂 |
| 白细胞层分离（PBMC提取） | 400–600 ×g | ~1,800–2,200 | 20–30 | 室温 | 摆动臂 |
| 红细胞沉淀 | 2,000–3,000 ×g | ~5,000–6,000 | 5–10 | 室温 | 固定角 |
| 血清分离（凝血后） | 1,500 ×g | ~4,000 | 10 | 室温 | 摆动臂 |
注：上述RPM示例基于转子半径约 10 cm；实际参数应根据具体转子半径及血样条件进行调算。
2. 单/二步离心策略
一步离心：简便快速，适合血浆分离及简单富集；
二步离心：如制作高纯度血小板富集等，先低速去除红细胞与细胞碎片，再高速沉淀血小板或去除残留血小板。
3. 温度控制
4 ℃：适用于血小板或血浆蛋白稳定性要求高的实验；
室温：常用于一般血浆或血清分离，可提高效率但需避免长时间暴露导致血小板激活。
4. 平衡与管位布局
样本管应按照转子对称放置，若样本数量为奇数，可用平衡管（填充等体积缓冲液）对称配对；
避免超出转子最大管径并确保管标识朝同一方向以便观察。
四、常见血液组分分离方案
1. 血浆与血清分离
血浆
流程：采集含抗凝剂全血 → 300 ×g，10 min → 收集上清血浆；
应用：生化检测、免疫分析、RNA/DNA 提取。
血清
流程：采集非抗凝全血，室温静置 30–60 min 使血凝 → 1,500 ×g，10 min → 收集血清；
注意：静置时间过长会导致代谢产物积累，影响检测结果。
2. 血小板富集（PRP）制备
首次离心（软离心）
设定 100 ×g，10 min，室温 → 分离红细胞与白细胞 → 上清含血小板与少量白细胞；
二次离心（硬离心）
下清匀浆后 800 ×g，10 min → 血小板沉淀 → 弃上清至血小板约 1–2 mL；
复悬
加入少量等体积血小板稀释液或原血浆复悬，制得高浓度 PRP。
3. 外周血单核细胞（PBMC）分离
密度梯度离心
以 Ficoll-Paque 或 Lymphoprep 为介质，室温 → 400 ×g，30 min，刹车关闭 → 形成四层；
收集界面层（PBMC） → 300 ×g，10 min 洗涤两次。
4. 红细胞与血小板清除
红细胞清除：直接 2,000 ×g，5 min → 红细胞迅速沉降 → 上清可含白细胞与血小板用于后续；
血小板移除：1,000 ×g，10 min → 血小板沉淀 → 收集血浆与白细胞层。
五、质量控制与数据记录
回收率与纯度检测
使用血细胞分析仪或流式细胞仪评估分离后组分的数量与活性；
对比离心前后浓度，计算回收率与富集倍数。
离心机性能校验
定期检查RCF与温度精度；
转子及密封件完好性检测。
操作日志与SOP
记录每次离心参数、样本编号、温度与时间；
建立标准操作流程，确保重复性与可追溯性。
污染与交叉样本风险控制
严格清洗或灭菌转子及离心腔；
一次性耗材使用记录与更换。
六、常见问题与解决方案
| 问题现象 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 分层不明显，混浊 | RCF 不足或时间过短；样本黏度过大 | 提高 RCF 或延长时间；预稀释样本或适当稀释抗凝剂 |
| 样本管失衡报警 | 管内液体体积不均或标签脱落 | 使用平衡管或校对体积；重新粘贴标签 |
| 血小板激活，形态不规则 | 温度过高或离心速度过大 | 降低温度至 4 ℃；适当减速或缩短时间 |
| 混合血清与血浆层 | 刹车开启过快，扰动层间界面 | 关闭或降低刹车力度；待转子自然减速 |
| 过度损失目标组分 | 离心参数不当导致目标沉降到不同时相 | 优化 RCF 与时间；采用分段离心策略 |
七、自动化血液分离与未来趋势
机械臂与自动化平台
将离心机与自动移液工作站、条码识别及LIMS系统集成，实现管架自动上下料、管内稀释与转移，提升通量与安全性。智能参数优化
应用机器学习算法，基于历史分离数据与样本特性，自动生成最优离心方案并实时调整。微流控与微型离心
微流控芯片内集成微型离心结构，利用高速微通道离心或电磁驱动，实现更小体积样本的快速分层。绿色低耗与可降解耗材
开发可降解或循环利用的离心管和转子材料，减少医疗和实验废弃物对环境的影响。在线实时监测
集成振动、温度和RCF实时传感器，通过物联网传输数据，保障分离安全与质量一致。
八、结论
血液成分的离心分离是临床与科研中不可或缺的基础技术，其效果取决于离心机与转子的选型、RCF、时间、温度等关键参数的精准设定。通过一步或多步离心方案，可针对血浆、血清、血小板、PBMC 及红细胞等不同组分实现高效、稳定的分离。结合严格的质量控制、问题诊断与自动化趋势，将进一步提升分离效率与可重复性。未来，智能化与微流控技术的融合有望带来更小体积、更绿色环保及更高通量的血液分离新模式，为医学诊断与再生医学研究提供更强有力的技术支持。
