超遠心機とは
超遠心機とは、遠心力を10万g以上、最大100万gに設定できる遠心分離機です。
遠心分離機は、遠心力を利用して試料を物質の比重に応じて分離させる装置を指します。ローターの形状や回転数などの違いによって価格が異なり、200万円程度から1,000万円を超える機器もあります。超遠心機は、数ある測定分析機器の中でも比較的高額な機器です。
超遠心機は、基本的に分析用遠心機と分離用遠心機に分けられます。一般的に言う超遠心機は、分析用超遠心機ではなく、分離用超遠心機を指すケースが多いです。
超遠心機の使用用途
超遠心機の用途としては、分析用超遠心機と分離用超遠心機で異なります。また、置き型タイプと卓上型タイプがあり、それぞれのタイプによって最大遠心力や試料最大容量が異なるため、目的に応じて適切な機器を選択することが大切です。
1. 分析用超遠心機
分析用超遠心機は、主にタンパク質の物質の特性 (形状、粒子径、分子量、化学量論、純度、分子の挙動、タンパク質の凝集、相互作用、立体構造など) を解析できる機器です。タンパク質間の相互作用解析や、膜タンパク質研究に利用されています。
2. 分離用超遠心機
分離用超遠心機は、リボソームの分離、細胞小器官やウィルスの分画精製などに使用されます。
超遠心機の原理
超遠心機のローターには、スイングローター、固定角ローター、ゾーナルローターなどがあり、目的に応じたローターの選択が可能です。
1. スイングローター
スイングローターは、試料を入れた容器が水平に回転するため、沈殿物が均一に堆積し、上清を簡単に取り除けます。
2. 固定角ローター
固定角ローターは、回転軸に対しての角度が固定されています。遠心力の方向が水平ではないため、沈殿物は容器の側面にたまります。
スイングローターに比べて沈殿物が不均一に堆積するため、沈殿物の回収には適したローターです。
3. ゾーナルローター
ゾーナルローターは、密度勾配遠心を利用した分離に用いられます。回転中に試料をポンプで送液でき、大量処理が可能です。試料の重さが偏った状態で高速回転させると、振動が生じ、超遠心機が壊れる危険性があります。
遠心分離する前には試料のバランスが均等になっているか、容器が損傷していないか、使用する容器の材質の強度が遠心力に耐えうるかを確認することが必要です。
超遠心機の特徴
遠心分離機は、物質が持つ特有の比重の差を利用し、遠心力を用いて試料を分離させます。超遠心機のチャンバー内を真空状態に維持し、ローターを高速回転させて遠心分離を実施する機器です。
1. 分離用超遠心機
分離用超遠心機は、一般的な遠心分離機では分離させにくい試料を、より大きな遠心力をかけて沈殿物と上清に分離させる目的で使用されます。試料中の物質の比重の違いにより、試料を分離できます。
2. 分析用超遠心機
分析用超遠心機は、分離用遠心機と同様に試料を遠心分離させながら、試料中の物質が沈降する様子に注目した分析機器です。沈降の様子を光学的に検出し、リアルタイムで経時的な測定が可能です。
光学的に検出した結果から、流体力学的特性や熱力学的特性、物質の分子量を正確に解析できます。
超遠心機のその他情報
超遠心機の使用上の注意
超遠心機は非常に大きな遠心力をかけて使用する機器なので、安全に使用するために注意点を確認しておかなければなりません。超遠心機を使用する前には、試料バランスが確実に均等になっているかの確認が必要です。
試料バランスが均等でないと、遠心力の負荷によって超遠心機本体の回転軸が歪む可能性があります。その結果、ローターに取り付けた試料が飛散したり、試料がチャンバーから飛び出したりする恐れがあるため、危険です。
また、超遠心機のチャンバー内が真空状態か確認してから操作する必要があります。超遠心機にてローターが回転する際には、遠心力に伴って空気と摩擦し、大きな摩擦熱が生じます。そのため、真空状態にすることで正確に温度を制御し、試料の温度を一定に維持したままの遠心分離が可能です。
参考文献
https://www.beckman.jp/resources/methods/particle-size-distribution/ultracentrifugal-sedimentation
https://doi.org/10.1248/yakushi1947.119.8_597
https://www.beckman.jp/resources/technologies/analytical-ultracentrifugation/technology-overview
https://www.sbj.or.jp/wp-content/uploads/file/sbj/9505/9505_yomoyama.pdf