Un’ultracentrifuga è uno strumento o strumento scientifico in grado di far girare oggetti o liquidi molto velocemente all’interno di una piccola camera compressa. A seconda dello scopo specifico, questi strumenti possono essere molto piccoli o piuttosto grandi: molti possono adattarsi facilmente a un tavolo, mentre altri occupano intere stanze. Tuttavia, i modi in cui funzionano e i loro obiettivi di base sono generalmente gli stessi, indipendentemente dalle specifiche. In generale, l’ultracentrifugazione viene eseguita a velocità superiori a 20,000 rpm e viene utilizzata per separare minuscole particelle l’una dall’altra al fine di determinarne le dimensioni e il peso molecolare. È anche ampiamente utilizzato per studiare polimeri ad alto contenuto, in particolare proteine, acidi nucleici, virus e altre macromolecole biologiche. Esistono versioni preparative e analitiche di questo strumento ed entrambe sono utilizzate nella scienza dei polimeri, nella biochimica e nella biologia molecolare. Sebbene le macchine siano generalmente considerate sicure, le velocità a cui operano possono presentare alcuni rischi, in particolare per gli operatori che non stanno attenti. Di solito è richiesta una formazione completa a tutti i ricercatori che utilizzeranno questa e altre apparecchiature correlate.
Concetto di base e usi principali
Di solito ci sono un paio di modi diversi per scomporre i materiali compositi nei loro singoli componenti, ma la centrifugazione è spesso un metodo preferito in molte delle scienze della ricerca. La rotazione dei composti attorno a un asse fisso mentre si applica una forza perpendicolare utilizza la fisica per isolare i particolati ed essenzialmente far ruotare le cose nei loro componenti molecolari. I liquidi e le soluzioni semplici spesso si separano in una centrifuga standard, che è un punto fermo in molte aule di fisica e chimica. Un’ultracentrifuga funziona allo stesso modo, ma in genere gira molto più velocemente e con più forza, il che la rende adatta a composti e sostanze più complesse. Queste varietà “ultra” sono più comuni nella ricerca e nello sviluppo farmaceutico e sono utilizzate anche in molti settori dell’ingegneria, spesso per applicazioni chimiche e ambientali.
Modelli preparatori
Un’ultracentrifuga preparativa è solitamente il tipo più comune nei laboratori e nei centri di ricerca. Viene utilizzato per isolare particelle specifiche per il riutilizzo ed è considerato uno strumento ad alte prestazioni, affidabile ed efficiente e che funziona in modo rapido e silenzioso. È dotato di una varietà di rotori adatti a una serie di attività di separazione utilizzate in biologia cellulare, biochimica e biologia molecolare. Un campione può essere centrifugato ad alta velocità fino a quando i suoi componenti non si separano, momento in cui possono essere isolati, misurati e studiati ulteriormente. La maggior parte delle unità preparative include la gestione automatica della durata del rotore, uno schermo LCD a colori e funzionalità di feedback positivo. Molti sono anche in grado di trasferire digitalmente i risultati su computer e smartphone.
Centrifuga analitica
La centrifugazione analitica è un altro possibile utilizzo per questo tipo di strumenti. Questa tecnica misura le proprietà fisiche delle particelle sedimentanti e il modo in cui si comportano allo stato di soluzione. Theodor Svedberg ha inventato la versione analitica di questo strumento e ha vinto il Premio Nobel per la Chimica per le ricerche che ha condotto con esso. È più comune nella ricerca biomedica.
Negli scenari analitici, i campioni vengono centrifugati in una cella e un sistema ottico proietta un’immagine della cella su un computer o su una pellicola in tempo reale. I tipi più comuni di esperimenti basati sull’analisi sono quelli relativi alla velocità e all’equilibrio di sedimentazione, che offrono informazioni su forme, dimensioni e cambiamenti conformazionali delle macromolecole.
Pericoli e rischi
Ci sono pericoli associati all’uso di un’ultracentrifuga perché funziona a velocità molto elevate e spesso utilizza soluzioni che coinvolgono sostanze chimiche aggressive. Entrambi questi fattori creano stress meccanici che possono causare l’usura dei rotori. Inoltre, i rotori devono essere caricati e bilanciati correttamente o possono rompersi, causando danni significativi, lesioni e persino esplosioni. Ogni strumento dovrebbe ricevere una manutenzione regolare e gli utenti dovrebbero essere adeguatamente formati per caricarlo e bilanciarlo correttamente. Si raccomanda anche una pulizia regolare dei rotori, per sicurezza e precisione.