Центрифугирование — это метод разделения неоднородных смесей (взвесей, эмульсий) на фракции под действием центробежного поля. Проще говоря, образец раскручивают в роторе, и частицы, более «тяжёлые» относительно среды, смещаются к периферии быстрее, чем «лёгкие», благодаря возросшему ускорению (a = ω²r), что многократно ускоряет естественное осаждение.

На чём основан процесс

• Разность плотностей между частицами и средой: чем больше (ρчаст. − ρсреды), тем быстрее разделение.

• Размер и форма частиц: крупные и компактные осаждаются быстрее (режимы, близкие к закону Стокса).

• Вязкость среды: чем она выше, тем медленнее движение.

• Центробежное ускорение: задаётся скоростью и радиусом ротора; на практике используют RCF (relative centrifugal force, «g»):
  RCF ≈ 1,118×10⁻⁵ × r(см) × rpm².

• Градиенты плотности (при нужде): создают слой среды с меняющейся плотностью, чтобы разделять компоненты по скорости или по равновесной плотности.

Основные режимы и типы

• Дифференциальное центрифугирование: последовательные короткие спины на возрастающих «g»; позволяет по очереди выделять крупные фракции (клетки → ядра → митохондрии → микросомы и т.д.).

• Скоростное (rate-zonal) на градиенте: разделяет частицы по скоростям седиментации без перемешивания слоёв.

• Изопикническое (равновесное): каждая частица «встаёт» там, где плотность среды равна её собственной (классика — разделение ДНК по плотности).

• Аналитическое: измеряют параметры частиц (коэффициенты седиментации, полидисперсность) прямо во время спина.

• Препаративное: задача — получить фракции в нужном количестве и чистоте.

• По оборудованию: настольные центрифуги, высокооборотные, ультрацентрифуги (сотни тысяч g), ротора фиксированного угла и маятниковые (swinging-bucket).

Где применяется

Биология и медицина

• Получение сыворотки/плазмы, подготовка образцов крови (гематокрит).

• Фракционирование клеток и органелл, очистка белков, рибосом, везикул.

• Концентрация вирусов, экзосом, нуклеиновых кислот; очистка после ПЦР/лигирования.

• Спермограмма/СПА-техники (градиенты плотности).

Клинические и диагностические лаборатории

• Подготовка проб для биохимии, иммунодиагностики, токсикологии.

• Осаждение белка, удаление клеточного мусора перед анализаторами.

Химия и материалы

• Отделение осадков после синтеза, промывки катализаторов, наночастиц.

• Фракционирование коллоидов по размеру и плотности.

Пищевая промышленность

• Сепарация сливок и обезжиривание молока.

• Осветление соков, вин, пива.

Инженерия и эксплуатация

• Очистка масел и топлива (декантеры, дисковые центрифуги).

• Очистка сточных вод и шламов (промышленные декантеры).

Плюсы и ограничения

• Плюсы: быстро, эффективно при мелких частицах, совместимо с малыми объёмами, хорошо масштабируется.

• Минусы: требуется точная балансировка, возможна денатурация/сдвиги равновесий при высоких g, ограничение по вязкости и плотности сред.

Практические замечания

• Всегда балансируют пробирки по массе и размещают симметрично.

• Выбор режима описывают парами RCF × время (а не только rpm).

• Для «тонкой» селекции используют градиенты (сахароза, йодиксат, перхлорат цезия и др.) и холодные ротора для стабилизации образца.

В одном предложении: центрифугирование — это ускоренное осаждение частиц в центробежном поле, основанное на различиях в плотности, размере и форме, и применяемое от клинических анализов и молочной сепарации до очистки наноматериалов и топлив.