本質的に、遠心分離機は密度に基づいて混合物を分離する機械です。サンプルを高速で回転させることでこれを実現し、強力な力を生成して、密度の高い成分は回転中心から外側へ移動し、軽い成分は中心に近い位置に残ります。主な種類は、最大速度と容量によって分類され、これが直接その用途を決定します。
理解すべき重要な原則は、遠心分離機の選択は機械自体ではなく、分離する必要がある粒子のサイズと性質によって決まるということです。粒子が小さいほど、効果的な分離にはより大きな速度と力が必要になります。
指導原理：相対遠心力 (RCF)
RPM以上のもの
遠心分離機はしばしば毎分回転数（RPM）で表現されますが、本当に重要な指標は相対遠心力（RCF）、別名Gフォースです。
RPMは単にローターがどれだけ速く回転しているかを測定するものです。しかし、RCFはサンプル内容物にかかる実際の力を測定します。
この力は、速度（RPM）だけでなく、ローターの半径にも依存します。同じRPMで回転していても、サイズの異なるローターを持つ2つの遠心分離機は、非常に異なるRCFを生成します。このため、科学的プロトコルでは、結果の再現性を確保するために、常にRPMではなくRCFを指定します。
遠心分離機の実際的な分類
遠心分離機は、生成できるRCFに基づいてグループ化することで最もよく理解でき、これはその主要な用途と直接的に一致します。
低速遠心分離機（汎用型）
これらは、日常的な分離に使用されるベンチトップユニットであることが多いです。比較的低速で動作し、通常は10,000 RPM未満です。
その目的は、容易に沈降する大きくて密度の高い粒子を分離することです。これらは回収や清澄化のためのツールと考えてください。
一般的な用途：
- 酵母やバクテリアなどの培養物から全細胞をペレット化する。
- 血漿から赤血球と白血球を分離する。
- 反応後のバルク化学沈殿物を収集する。
高速遠心分離機（より精密な分離用）
これらのより強力な機械は、最大約25,000 RPMの速度に達し、著しく高いRCFを生成します。これらはほぼ常に冷蔵されています。
高速回転による摩擦はかなりの熱を発生させるため、冷蔵は非常に重要です。この熱は、タンパク質や酵素のような敏感な生体サンプルを損傷または変性させる可能性があります。
一般的な用途：
- ミトコンドリア、葉緑体、核などの細胞内小器官を単離する。
- 大量の微生物細胞を収集する。
- より大きなウイルス粒子を分離する。
超遠心分離機（高分子の強力な分離装置）
超遠心分離機は遠心分離の頂点であり、100,000 RPMを超える速度で回転し、莫大な力（500,000 x g以上）を生成することができます。
これらの速度を達成するために、ローターチャンバーは密閉され、空気抵抗と摩擦を排除するために高真空下に置かれます。また、強力に冷却されます。
2つの主なサブタイプ：
- 分取用超遠心分離機：非常に小さな粒子を単離および精製するために使用されます。その目的は、さらなる分析のために分子をペレット化することです。用途には、ウイルス、プラスミド、DNA、RNA、および個々のタンパク質の精製が含まれます。
- 分析用超遠心分離機：これらは特殊な研究機器です。その目的はサンプルをペレット化することではなく、リアルタイムでサンプルを研究することです。光学検出システムが装備されており、スピン中に分子がどのように沈降するかを監視し、分子量、形状、純度などの特性を決定することができます。
トレードオフの理解：ローターの選択
遠心分離機は単なるモーターであり、ローターがサンプルを保持し、真に用途を定義するコンポーネントです。最も一般的な2つのタイプには明確な目的があります。
固定角ローター
固定角ローターでは、サンプルチューブは一定の急な角度（例：25～45度）で保持されます。
この設計はペレット化に非常に効率的です。粒子はチューブの側面に衝突し、滑り落ちてコンパクトなペレットを形成するまでの移動距離が短いです。ただし、これによりサンプルに高いストレスがかかる可能性があります。
スイングバケットローター
スイングバケット（またはスイングヘッド）ローターでは、チューブは静止時には垂直ですが、ローターが回転すると水平位置にスイングアウトするバケットに配置されます。
これは密度勾配全体でサンプルを分離するのに理想的です。力がチューブの長さに沿って直接加えられるため、明確な層（血液成分など）が乱されることなく形成され、クリーンな分離が可能です。
目標に合った適切な選択をする
適切な機器を選択するには、分離したい成分のサイズに必要な遠心力を合わせる必要があります。
- 全細胞や大きな沈殿物の回収が主な目的の場合：シンプルで低速のベンチトップ遠心分離機が適切で費用対効果の高いツールです。
- 細胞内小器官や微生物細胞の単離が主な目的の場合：熱からサンプルを保護しながら十分な力を生成するために、高速冷蔵遠心分離機が必要になります。
- ウイルス、タンパク質、または核酸の精製が主な目的の場合：これらの高分子をペレット化するために必要な極端な力を生成できる唯一のツールは超遠心分離機です。
- 高分子の物理的特性の研究が主な目的の場合：統合された光学検出システムを備えた特殊な分析用超遠心分離機が必要です。
最終的に、適切な遠心分離機とは、混合物の残りの部分から目的の成分を効果的に分離するために必要な力を提供するものです。
要約表：
| 遠心分離機の種類 | 最大速度 / RCF | 主な用途 |
|---|---|---|
| 低速 | < 10,000 RPM | 細胞（酵母、バクテリア）の回収、血液成分の分離、沈殿物の収集 |
| 高速 | 最大約25,000 RPM | 細胞小器官（ミトコンドリア、核）の単離、大型ウイルスの分離 |
| 超遠心分離機 | > 100,000 RPM (>500,000 x g) | ウイルス、プラスミド、タンパク質、核酸の精製（分取用）；分子特性の分析（分析用） |
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