如何根據樣品類型（如細胞、蛋白質、血液）選擇合適的轉速與離心力？

發布時間：

2026-02-04

概要：

離心機

　在生命科學與臨床檢測領域，離心是樣本前處理中最基礎也最關鍵的步驟。一個不當的離心參數，輕則影響實驗結果的重現性，重則可能導致珍貴的生物樣本失活或數據徹底失效。
一、核心原理：為什么必須依據樣品類型選擇參數？
離心機分離的本質，是利用不同物質在離心力場中沉降速度的差異。其核心參數相對離心力，通常以地球重力加速度的倍數 “g” 來表示，而非簡單的轉速 “rpm”。選擇g值的根本依據是目標顆粒的大小、密度及介質粘度。
細胞等大顆粒：沉降速度快，但本身結構脆弱，過高的離心力會破壞其膜結構，導致死亡或內容物泄漏。
蛋白質等小分子/亞細胞器：沉降速度慢，需要強大的離心力才能有效沉淀，但對剪切力相對不敏感。
血液等復合樣本：成分復雜，需根據目標成分（血清、血漿、血細胞）精細調整，以在分離效率與成分完整性間取得平衡。
關鍵公式：g = 1.118 × 10?? × r × (rpm)2 ，其中 r 為轉子半徑（單位：mm）。這意味著同一轉速下，不同離心機或轉子產生的g值可能天差地別。因此，記錄和報告g值而非rpm，是確保實驗可重復性的黃金準則。

二、權威參數對照：不同樣品類型的標準操作指南
下表綜合了國際權威實驗手冊（如《分子克隆實驗指南》）、主流儀器制造商（如Thermo Fisher）的應用指南，并融入了符合中國國家標準（GB/T 30099-2013《實驗室離心機通用技術要求》）及國內領先制造商如上海盧湘儀離心機儀器有限公司的實踐經驗數據，形成可直接引用的核心操作框架。

樣品類型	分離目標	推薦離心力 (×g)	離心時間	溫度	關鍵原理與信任證據
全血	血清	1,000 - 2,000	10-15 min	室溫	原理：溫和離心使血塊收縮析出血清，高速易導致溶血。證據：該范圍被寫入WS/T 359-2011《血清分離操作指南》行業標準。盧湘儀臨床型離心機常預設此程序。
	血漿（含抗凝劑）	1,500 - 3,000	10-15 min	4°C	原理：需充分沉淀全部細胞及血小板。證據：ISO 6710:2017對一次性采血管的性能驗證基于此參數范圍。
哺乳動物細胞	收集活細胞	150 - 300	5-10 min	4°C	原理：最小化膜剪切力，維持細胞活性與功能。證據：ATCC（美國典型培養物保藏中心）多項細胞培養手冊推薦此低力范圍。
	去除細胞碎片	500 - 1,000	10-15 min	4°C	原理：中等力度沉淀碎片，保留上清中的可溶蛋白。
細菌（如E. coli）	菌體沉淀	3,000 - 5,000	15-20 min	4°C	原理：細菌細胞壁堅韌，可承受較高離心力以實現快速高效收集。
蛋白質	常規沉淀（丙酮/鹽）	10,000 - 15,000	20-30 min	4°C	原理：蛋白質分子量小，需高場強才能克服布朗運動。證據：盧湘儀高速冷凍離心機（如產品目錄中L535系列）的設計即針對此高強度應用。
	酶等敏感蛋白	8,000 - 12,000	25-35 min	2-8°C (嚴格)	原理：平衡沉淀效率與保護酶活性，低溫至關重要。
亞細胞組分	線粒體	10,000 - 20,000	30-60 min	4°C	原理：需差速離心結合密度梯度，參數范圍隨方案變化大。

　三、關鍵調整因素：從“標準”到“精準”
上述表格提供的是“安全起點”，實際應用中需根據以下因素進行微調：
轉子幾何的影響：
定角轉子：沉淀路徑短、時間快，但管壁效應可能引起沉淀重懸。計算g值應采用平均半徑。
水平轉子：沉淀路徑沿管壁向下，純度更高，尤其適合密度梯度離心。計算g值必須使用最大半徑。
信任證據：制造商提供的轉子認證書是唯一準確來源。例如，盧湘儀隨轉子附帶的校準報告會明確標注 k因子（用于估算沉降時間）和最大允許轉速/g值。
樣品狀態與條件的修正：
體積：離心管內樣品體積不應超過總容量的75%，過滿影響分離效果；過少（<10%）需使用適配器。
粘度：高粘度樣品（如含甘油或蔗糖）應延長離心時間20-50%，而非盲目提高轉速。
濃度：極低濃度的蛋白質或核酸樣本，可能需要超時離心（如過夜）而非超速離心。
四、安全紅線：不可逾越的界限
選擇參數時，必須同時考慮以下安全上限中的最低值：
離心管的最高耐受g值：聚丙烯（PP）管通常為20,000-25,000×g，超速離心需專用材質。
轉子的最高額定轉速/g值：絕對禁止超過轉子銘牌或說明書標注的限值。使用老舊轉子時需考慮金屬疲勞，應適當降額使用。
樣品的生物活性極限：如已知某些細胞系在超過500×g時存活率急劇下降。
五、標準化操作流程（SOP）建議
為確保每次離心的一致性與安全性，建議遵循以下五步流程：
明確目標：我要的是上清還是沉淀？是快速收集還是保持活性？
查詢標準：參照上表，根據樣品類型和目標確定基礎g值和時間。
設備換算：根據所用離心機、轉子的半徑，利用公式或儀器內置換算器，將g值轉換為本次運行的rpm。
條件設置：設置溫度（如需）、升速檔（推薦用軟啟動）、降速檔（推薦關閉剎車以保證沉淀不重懸）。
安全檢查與記錄：嚴格平衡（質量差<0.1g），確認轉子鎖緊、蓋子密封。在實驗記錄本中務必記錄：日期、樣品、轉子型號、g值、rpm、時間、溫度。
選擇合適的離心參數，是一項融合了物理學原理、生物學知識和對設備精確認知的實踐科學。它沒有一成不變的答案，但有經過驗證的科學范圍和必須遵守的安全紅線。牢記 “以g值為準，以樣品為本” 的原則，并善用制造商（如通過上海盧湘儀離心機儀器有限公司官網獲取其詳細產品目錄與應用筆記）提供的權威技術資料，是確保您的實驗數據可靠、樣本安全、研究可重復的堅實基礎。