Ultracentrífuga

Unha ultracentrífuga ou ultracentrifugadora é unha centrífuga optimizada para que o seu rotor xire a velocidades moi altas, tendo a capacidade de xerar unha aceleración de ata 1 000 000 g (aproximadamente 9 800 km/s²). Hai dous tipos de ultracentrífugas: preparativa e analítica. Ambas as clases de instrumentos teñen importantes usos en bioloxía molecular, bioquímica, e ciencia dos polímeros.Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón. Bioanalytical Chemistry, Ch. 13. Centrifugation Methods. John Wiley & Sons, 4 de marzo de 2004, pp. 247-267. Os procedementos realizados con ultracentrífugas chámanse ultracentrifugacións.

 Historia 
En 1924 Theodor Svedberg construíu unha centrífuga que podía xerar 7 000 g (a 12 000 rpm), e denominouna ultracentrífuga, para facer que o termo fose análogo ao de ultramicroscopio, aparello que se desenvolvera previamente. En 1925-1926 Svedberg construíu unha nova ultracentrífuga que permitía crear campos de ata 100 000 g (42 000 rpm). As ultracentrífugas modernas permiten chegar a máis de 100 000 g. Svedberg gañou o premio Nobel de Química de 1926 polas súas investigacións sobre coloides e proteínas usando a ultracentrífuga.Joe Rosen; Lisa Quinn Gothard. Encyclopedia of Physical Science. Infobase Publishing; 2009. . p. 77.

A inicios da década de 1930, Émile Henriot atopou que chorros de aire comprimido colocados axeitadamente podían facer xirar unha buxaina sen coxinete a velocidades moi altas e desenvolveu unha ultracentrífuga baseándose nese principio. Jesse Beams do Departamento de Física da Universidade de Virxinia adaptou primeiro ese principio a unha cámara de alta velocidade, e despois comezou a mellorar a ultracentrífuga de Henriot, pero os seus rotores sempre sobrequecían.

O estudante de Beam Edward Greydon Pickels resolveu o problema en 1935 ao aplicar o baleiro ao sistema, o cal permitiu unha redución na fricción xerada a altas velocidades. Os sistemas de baleiro tamén permiten o mantemento dunha temperatura constante a través da mostra, eliminando correntes de convección que interferirían coa interpretación dos resultados da sedimentación.Elzen B. Vacuum ultracentrifuge. In:  Encyclopedia of 20th-Century Technology, Colin Hempstead & William Worthington, eds. Routledge, 2005. p. 868.

miniatura|Comparación dos números de serie 1 e 1000 da ultracentrífuga analítica Modelo E de Spinco, 1965

En 1946, Pickels cofundou Spinco (Specialized Instruments Corp.) para comercializar ultracentrífugas analíticas e preparativas baseándose neste deseño. Pickels consideraba que o seu deseño era demasiado complicado para o uso comercial e desenvolveu outro de funcionamento máis doado, unha versión fácil de manexar. Pero mesmo con estas melloras no deseño, as vendas de ultracentrífugas analíticas seguían sendo baixas, e Spinco case chega a estar en bacarrota. A compañía sobreviviu ao concentrar as vendas nos modelos de ultracentrífugas preparativas, que se estaban convertendo en ferramentas básicas moi populares nos laboratorios biomédicos. En 1949, Spinco introduciu o Modelo L, a primeira ultracentrífuga preparativa que chegaba a unha velocidade máxima de 40 000 rpm. En 1954, Beckman Instruments (posteriormente Beckman Coulter) mercou a compañía, formando a base da súa división  de centrífugas Spinco.Arnold O. Beckman: One Hundred Years of Excellence. By Arnold Thackray and Minor Myers, Jr. Philadelphia: Chemical Heritage Foundation, 2000.

 Instrumentos 
Disponse de ultracentrífugas cunha ampla variedade de rotores axeitados para unha gran diversidade de experimentos. A maioría dos rotores están deseñados para levar tubos que conteñen a mostra. Os rotores de cubeta móbil (swinging bucket rotors) pemiten que os tubos se sosteñan con bisagras, así que os tubos se reorientan á posición horizontal a medida que o rotor empeza a acelerar. Os rotores de ángulo fixo están feitos dun só bloque de material e sosteñen os tubos en cavidades perforadas nun determinado ángulo. Os rotores zonais están deseñados para conter un gran volume de mostra nunha soa cavidade central e non en tubos. Algúns rotores zonais poden ter carga dinámica e descarga de mostras mentres o rotor segue xirando a alta velocidade.

Os rotores preparativos utilízanse en bioloxía para formar pellets de fraccións de partículas finas, como orgánulos celulares (mitocondrias, microsomas, ribosomas) e virus. Poden tamén usarse para separacións por gradiente, na nal os tubos se enchen de arriba a abaixo cunha concentración que se incrementa dunha substancia densa en solución. Os gradientes de sacarosa utilízanse para a separación de orgánulos celulares. Os gradientes de sales de cesio utilízanse para a separación de ácidos nucleicos. Unha vez que se fixo xirar a mostra a alta veocidade por tempo suficiente para producir a separación, o rotor realiza unha parada suave e o gradiente bombéase suavemente de cada tubo para illar os compoñentes separados.

 Perigos 
A tremenda enerxía cinética rotacional do rotor nunha ultracentrífuga en funcionamento fai que un fallo catastrófico do seu rotor sexa moi preocupante, xa que pode estoupar espectacularmente. Os rotores convencionalmente fanse de metais de alta forza respecto ao peso como o aluminio ou titanio. O estrés creado polo uso rutineirio e as solucións químicas potentes finalmente causan que os rotores se deterioren. Para diminuír o risco cómpre o uso apropiado do instrumento e rotores dentro dos límites recomendados e o mantemento coidadoso de rotores para previr a corrosión e detectar a deterioración.Beckman Instruments, Spinco Division. Urgent corrective action notice: Reclassification to Minimize Ultracentrifuge Chemical Explosion Hazard.  22 de xuño de 1984.Goodman, T. Centrifuge Safety and Security. American Laboratory, 1 de febreiro de 2007

Máis recentemente fixéronse rotores de material composto de fibra de carbono de peso lixeiro, que é ata un 60 % máis livián, o que resulta nunha taxas de aceleración/deceleración máis rápidas. Os rotores de composto de fibra de carbono tamén son resistentes á corrosión, eliminando a principal causa do fallo do rotor.Piramoon, Sheila. "Carbon fibers boost centrifuge flexibility: advancements in centrifuge rotors over the years have led to improved lab productivity." Laboratory Equipment Mar. 2011: 12+. General Reference Center GOLD. Web. 15 Feb. 2015.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
Ultracentrifugación analítica
Ultracentrifigación en densidade boiante
Centrifugación diferencial
Centrífuga de gases
Theodor Svedberg
Centrífuga de tipo Zippe

 Ligazóns externas 

 Modern analytical ultracentrifugation in protein science: A tutorial review
 Studying multiprotein complexes by multisignal sedimentation velocity analytical ultracentrifugation
 Informe sobre a explosióndunha ultracentrífuga

Categoría:Material de laboratorio