Una ultracentrífuga es una herramienta o instrumento científico que es capaz de hacer girar objetos o líquidos muy rápido dentro de una pequeña cámara comprimida. Dependiendo del propósito específico, estas herramientas pueden ser muy pequeñas o bastante grandes; muchas pueden caber fácilmente en una mesa, mientras que otras ocupan habitaciones enteras. Sin embargo, las formas en que trabajan y sus objetivos básicos suelen ser casi los mismos, sin importar los detalles. En general, la ultracentrifugación se lleva a cabo a una velocidad superior a 20,000 rpm y se utiliza para separar partículas diminutas entre sí con el fin de determinar sus tamaños y pesos moleculares. También se usa ampliamente para estudiar polímeros altos, particularmente proteínas, ácidos nucleicos, virus y otras macromoléculas biológicas. Existen versiones preparativas y analíticas de esta herramienta, y ambas se utilizan en ciencia de polímeros, bioquímica y biología molecular. Aunque las máquinas generalmente se consideran seguras, las velocidades a las que operan pueden presentar algunos riesgos, particularmente para los operadores que no tienen cuidado. Por lo general, se requiere una formación exhaustiva de todos los investigadores que van a utilizar este y otros equipos relacionados.
Concepto básico y usos principales
Por lo general, hay un par de formas diferentes de descomponer los materiales compuestos en sus componentes individuales, pero el centrifugado es a menudo un método preferido en muchas de las ciencias de la investigación. Hacer girar compuestos alrededor de un eje fijo mientras se aplica una fuerza perpendicular usa la física para aislar partículas y, esencialmente, separar las cosas en sus componentes moleculares. Los líquidos y las soluciones simples a menudo se separan en una centrífuga estándar, que es un elemento básico en muchas aulas de física y química. Una ultracentrífuga funciona de la misma manera, pero normalmente gira mucho más rápido y con más fuerza, lo que la hace adecuada para compuestos y sustancias más complejos. Estas variedades «ultra» son las más comunes en la investigación y el desarrollo farmacéutico, y también se utilizan en muchas ingenierías, a menudo en lo que respecta a aplicaciones químicas y medioambientales.
Modelos preparativos
Una ultracentrífuga preparativa suele ser el tipo más común en laboratorios y centros de investigación. Se utiliza para aislar partículas específicas para su reutilización y se considera un instrumento de alto rendimiento que es confiable y eficiente, y funciona de forma rápida y silenciosa. Cuenta con una variedad de rotores que son adecuados para una variedad de tareas de separación utilizadas en biología celular, bioquímica y biología molecular. Se puede centrifugar una muestra a alta velocidad hasta que sus componentes se separen, momento en el que se pueden aislar, medir y estudiar más a fondo. La mayoría de las unidades preparativas incluyen gestión automática de la vida útil del rotor, una pantalla LCD en color y capacidades de retroalimentación positiva. Muchos también pueden transferir resultados digitalmente a computadoras y teléfonos inteligentes.
Centrífuga analítica
La centrifugación analítica es otro posible uso para este tipo de herramientas. Esta técnica mide las propiedades físicas de las partículas sedimentadas y la forma en que se comportan en estado de solución. Theodor Svedberg inventó la versión analítica de esta herramienta y ganó el Premio Nobel de Química por la investigación que realizó con ella. Es más común en la investigación biomédica.
En escenarios analíticos, las muestras se centrifugan en una celda y un sistema óptico proyecta una imagen de la celda en una computadora o película en tiempo real. Los tipos más comunes de experimentos basados en análisis son los de velocidad y equilibrio de sedimentación, que ofrecen información sobre las formas, tamaños y cambios conformacionales de las macromoléculas.
Peligros y riesgos
Existen peligros asociados con el uso de una ultracentrífuga porque opera a velocidades muy altas y, a menudo, usa soluciones que involucran productos químicos agresivos. Ambos factores crean tensiones mecánicas que pueden provocar el desgaste de los rotores. Además, los rotores deben cargarse y equilibrarse correctamente o pueden soltarse y causar daños importantes, lesiones e incluso una explosión. Cada instrumento debe recibir un mantenimiento regular y los usuarios deben estar debidamente capacitados para cargarlo y equilibrarlo correctamente. También se recomienda la limpieza regular de los rotores, por seguridad y precisión.