원심분리기는 회전속도의 정도 즉 원심력의 세기정도에 따라 크게 고속원심분리기(High speed centrifuge)와 초고속 원심분리기(Ultracentrifuge)로 구분할 수 있다.
고속원심분리기는 시료 내에 존재하는 성분들을 밀도 차에 따라 침전 분리하는 분석기기로서 세포나 미생물(세균 바이러스 박테리오파아지)의 균체수집 세포기관(핵 리보소옴 미토콘드리아 등)의 분리추출 발효배양액이나 화학반응 용액의 침전 분리 또는 용액의 청정 등을 목적으로 사용한다.
초고속 원심분리기는 고속원심분리기에서 분리하기 어려운 생체내의 DNA RNA 단백질 등을 더욱 강한 원심력을 이용하여 분리하는 기기이다.
초고속 원심분리기의 일종인 XL-100K model의 경우 최고 100000rpm의 회전력으로 694000g의 원심력을 생성시킬 수 있다.
2. 기본 원리
시료 내에는 다양한 밀도의 입자들이 존재한다.
고속의 회전에 의해 발생하는 원심력의 작용을 받게되면 원심력에 비례하는 속도로 밀도가 큰 입자는 빠르게 침강하고 밀도가 작은 입자는 느리게 침강하여 분리관내에서의 이동거리에 차이가 생긴다.
입자의 침강속도는 시료의 점도 물리적 특성 등에 의해 결정되지만 다른 조건이 일치할 때에는 시료 입자의 크기(혹은 분자량) 및 용액의 밀도와 입자밀도의 차이에 비례하여 침강속도가 달라진다.
침강속도 = d2(p-l) ×g/18 d : 구의 직경 p : particle density l : liquid density : liquid viscosity g : 중력
그 결과 시료 내 성분들은 각 입자의 밀도 차에 의해 층을 형성하게 된다.
원심분리는 분리방법에 따라 크게 두 가지 종류로 나뉘어지는데 (1) differential centrifugation pelleting)은 원심분리 후 상징액과 침전으로 시료가 분리되고 2) density gradient centrifugation은 밀도 경사가 있는 매질에서 시료를 원심분리하는 방법으로 입자성분이 부분적으로 혹은 완전히 분리되는 것이 특징이다.
3. 구조 1) Main body 2) Rotor 3) Tube
원심분리기의 본체는 크게 전원스위치 제어판 시료를 장착한 rotor가 회전하는 chamber로 구성되어 있다(Fig. 1).
chamber바닥에는 rotor를 고정하는 spindle 온도감지장치 overspeed 감지장치 등이 있고 chamber 전체는 오염물질에 저항성을 갖도록 화학 처리되어 있다(Fig. 2).
원심분리에 사용하는 rotor는 회전시 tube의 기울임 각도에 따라 크게 네 가지로 구분되는데(Fig. 3) tube의 회전각도는 working time과 분리능을 결정하는 중요한 인자이므로(Fig. 4) 실험목적 및 용도에 따라 rotor를 구분하여 사용하여야 한다.
Rotor의 바닥에는 원판형의 overspeed device가 부착되어 있어 회전속도가 기기의 임계값을 넘어서면 자동으로 회전을 중지시키는 기능을 한다(Fig. 5).
따라서 rotor를 취급할 때에는 바닥의 overspeed device에 흠집이 생기지 않도록 고르지 않은 평면이나 돌판 위에 놓는 것을 삼가 하여야 한다.
4. 주의사항 1) 기기는 고속의 회전을 하므로 기기 및 시료의 balance를 잘 맞추어 사용하여야 한다.
2) Spindle의 +자 홈에 rotor의 2개 pin이 잘 위치하였는지 반드시 확인한다. Rotor장착 후 손으로 가볍게 돌려보아 매끄럽게 회전하는지 확인한다.
3) Rotor의 O-ring에는 vacuum grease를 발라주어 고속 회전시에 시료가 tube밖으로 유출되지 않도록 하고 rotor lid screw에는 spinkote를 발라주어 접촉으로 인한 금속의 마모를 방지한다.
4) 사용 후에는 chamber에서 rotor를 분리하여 정해진 곳에 보관한다.
5) Gradient를 사용하여 원심분리하는 경우에는 가속/감속의 자극으로 gradient가 손상되지 않도록 accel/decel설정을 slowest로 한다
