La centrífuga se utiliza en los laboratorios para separar los líquidos, los gases según la densidad; las bacterias, los microorganismos, los parásitos, las partículas no vivas se depositan en el fondo con la ayuda de la gravedad. La fuerza de la gravedad hace que las partículas de mayor densidad respecto al disolvente se hundan y las de menor densidad suban a la parte superior de la solución. Las diferencias de densidad necesarias para separar las partículas en una solución pueden ser muy pequeñas. En los laboratorios de investigación y clínicos, las centrífugas se utilizan a menudo para la purificación de células, organelos, virus, proteínas y ácidos nucleicos.
Las centrífugas de laboratorio son uno de los equipos de laboratorio más comunes.
Utilizadas tanto en la investigación como en el ámbito clínico, las centrífugas de laboratorio se encuentran en numerosos laboratorios. Pero quizá sean los más utilizados en los laboratorios de química, bioquímica y biología molecular. Algunas de sus aplicaciones más comunes son la separación, purificación y aislamiento de orgánulos, células y componentes celulares, así como de mezclas más complejas de ácidos nucleicos, proteínas y virus para su posterior observación.
La primera centrifugadora se utilizó para separar la nata de la leche.
Los orígenes de la centrifugadora 18. siglo a un aparato de brazo giratorio diseñado por el ingeniero militar británico Benjamin Robins para determinar la fricción. En 1864 Antonin Prandtl aplicó esta técnica para separar los componentes de la leche y la nata. En 1875, el hermano de Prandtl, Alexander, mejoró la técnica inventando una máquina para extraer la mantequilla. Aunque las centrifugadoras se siguen utilizando para separar los componentes de la leche, su uso se ha extendido a muchos otros ámbitos de la ciencia y la medicina.
Las centrífugas eran poco progresistas y poco interesantes hasta que los avances de la bioquímica llevaron a la demanda de dispositivos centrífugos de alto nivel. El aumento de las exigencias con el progreso de la medicina (la necesidad de separar los componentes celulares y la posterior demanda creciente en la investigación de virus) condujo a varios desarrollos en la tecnología de centrifugación, y finalmente las centrifugadoras se convirtieron en uno de los equipos más utilizados en los laboratorios hoy en día.
¿Qué hace una centrifugadora?
Las centrífugas separan las mezclas heterogéneas en sus distintos componentes. Uno de sus usos más comunes es separar los glóbulos rojos y otros componentes sanguíneos de la sangre completa. La centrífuga funciona según el principio de sedimentación. La sedimentación se refiere a la tendencia de las partículas en suspensión a sedimentar fuera del medio en el que están retenidas y a pararse contra una barrera. La centrífuga utiliza la aceleración centrífuga para separar las partículas de la solución.
La centrífuga no se basa en la gravedad, sino que genera una fuerza centrífuga.
Si la densidad de la solución es mayor que la del disolvente, las partículas se depositan en el fondo del tubo. Si la densidad de la solución es menor que la del disolvente, las partículas flotan hacia arriba. Cuanto mayor es la diferencia de densidad entre la solución y el disolvente, más rápido se mueven las partículas. Si la densidad entre ambas es la misma, las partículas permanecen inmóviles en la solución. Cuando hay que separar partículas de una solución en la que la diferencia de densidad es escasa o nula, la centrifugadora crea una fuerza centrífuga para separar las partículas en lugar de confiar en la gravedad para hacer el trabajo.
¿Cuáles son las áreas de uso de la centrífuga?
1) Separación de moléculas e isótopos
Las centrífugas y ultracentrífugas de altísima velocidad giran a velocidades tan altas que pueden utilizarse para separar moléculas de diferentes masas e incluso isótopos de átomos. La separación de isótopos se utiliza para la investigación científica y para la fabricación de combustible y armas nucleares. Por ejemplo, una centrifugadora de gas puede utilizarse para enriquecer el uranio, porque el isótopo más pesado se extrae más que el más ligero.
2) Laboratorio
Las centrífugas de laboratorio también giran a altas velocidades. Pueden ser lo suficientemente grandes como para colocarse en el suelo o lo suficientemente pequeñas como para colocarse en un banco de trabajo. Aunque muchas centrífugas de laboratorio tienen rotores de ángulo fijo, también son comunes los rotores de cubeta basculante. Sus usos incluyen la separación de componentes sanguíneos, el aislamiento de ADN y la purificación de muestras químicas.
3) Simulación de alta gravedad
Se pueden utilizar grandes centrifugadoras para simular la alta gravedad. Las máquinas tienen el tamaño de una habitación o de un edificio. Las centrifugadoras humanas se utilizan para entrenar a los pilotos de prueba y para la investigación científica de la gravedad. Las centrífugas también pueden utilizarse como atracciones de parque de atracciones. Las centrifugadoras humanas están diseñadas para manejar hasta 10 o 12 pesos, mientras que las máquinas no humanas a gran escala pueden exponer las muestras hasta 20 veces la gravedad normal. El mismo principio podría utilizarse algún día para simular la gravedad en el espacio.
4) Centrífugas industriales
Los componentes coloides (como la nata y la mantequilla de la leche) se utilizan en la preparación de productos químicos, la limpieza de sólidos del fluido de perforación, el secado de materiales y el tratamiento del agua para eliminar el lodo. Algunas centrífugas industriales se basan en la decantación para la separación, mientras que otras separan el material utilizando un tamiz o un filtro. Las centrifugadoras industriales se utilizan para verter metales y preparar productos químicos.
5) Aplicaciones diarias
Las centrífugas de tamaño medio se utilizan ampliamente en la vida cotidiana, principalmente para separar rápidamente los líquidos de los sólidos. Las lavadoras utilizan el centrifugado durante el ciclo de centrifugado para separar el agua de la ropa. Un dispositivo similar hace girar el agua en los trajes de baño. Las centrifugadoras de ensaladas para lavar y luego hilar lechugas secas y otras verduras son otro ejemplo de centrifugadora de construcción sencilla.
¿Cómo funciona la centrifugación?
Una centrífuga utiliza un motor para hacer girar las muestras líquidas a gran velocidad. La velocidad a la que se mueve el rotor de una centrífuga suele expresarse como FCR, abreviatura de fuerza centrífuga relativa en unidades de gravedad. Sin embargo, muchos dispositivos muestran la velocidad en RPM o revoluciones por minuto. Cuando el rotor gira alrededor de un eje central, crea una fuerza centrífuga que actúa para alejar las partículas del eje de rotación. Si la fuerza centrífuga supera las fuerzas de flotación del medio líquido y la fuerza de fricción generada por la partícula, las partículas se colapsarán. La fuerza centrífuga desplaza los componentes densos fuera del recipiente, permitiendo que los sólidos se asienten completa y rápidamente.
Existen diferentes tipos de centrífugas, que varían en tamaño, capacidad de muestra y tipo de rotor.
El tipo de rotor desempeña un papel importante en la toma de decisiones a la hora de comprar una centrífuga para su laboratorio. Esto se debe a que el rotor influye en los tipos de aplicaciones que puede realizar. Además, las centrífugas utilizan tubos de vidrio o plástico que encajan en las cavidades del rotor. El tamaño y el tipo de tubos de muestra afectan a las muestras que pueden utilizarse en la unidad.
Por ejemplo, los tubos de vidrio pueden utilizarse con la mayoría de los disolventes, pero suelen ser más caros. Los tubos de plástico pueden ser igualmente duraderos si se manejan con cuidado, pero el agua es el disolvente preferido. Si tiene que trabajar con muestras más grandes, querrá utilizar frascos de centrífuga en lugar de tubos.
Tipos de rotores centrífugos
Hay tres diseños de rotor muy comunes: Rotores de ángulo fijo, de cuchara oscilante y de flujo continuo. El rotor de ángulo fijo está diseñado para mantener los tubos en una posición fija con un ángulo constante respecto al eje vertical de rotación (hasta aproximadamente 45°). La centrifugación hace que las partículas se depositen en el borde y el fondo del tubo. El diseño de la cuchara oscilante permite que los tubos se balanceen durante la centrifugación desde una posición de reposo vertical hasta convertirse en paralelos a la horizontal. Como resultado, se formarán sedimentos en el fondo del tubo.
Los rotores de ángulo fijo son ideales para aplicaciones de granulación para eliminar las partículas de una suspensión y descartar los restos o recuperar el granulado. Los rotores de cubeta oscilante, por el contrario, son los mejores para separar grandes volúmenes de muestras a bajas velocidades y para disolver muestras en gradientes de relación-región (densidad).
Los rotores de flujo continuo crean una región de mayor concentración y esta zona tiene una mayor densidad que el medio circundante. No hay muchas aplicaciones que requieran rotores especializados, como los rotores de flujo continuo o los rotores de tambor, en comparación con los rotores de ángulo fijo o de cangilones oscilantes. Pero te das cuenta de lo importante que es el flujo continuo cuando se necesita.
Tipos de centrífugas y usos
Centrífugas de banco pequeñas: También conocidas como centrífugas de mesa, este tipo recoge pequeñas cantidades de material como células de levadura y eritrocitos. Las centrífugas de banco pequeñas tienen un área centrífuga relativa máxima de 3.000 a 7.000 veces la fuerza de la gravedad, conocida como fuerza gravitacional o fuerza g (g). En comparación con otras opciones, se trata de velocidades relativamente bajas. Se trata de una centrífuga de uso general y se encuentra entre las opciones más asequibles disponibles en la actualidad.
Centrífugas refrigeradas de gran capacidad: Las centrífugas refrigeradas de gran capacidad tienen una cámara de rotor refrigerada. Es posible cambiar las cámaras del rotor para adaptarlas a otro tamaño. Al igual que los modelos de banco pequeños, recogen los materiales de sedimentación rápida y a una velocidad máxima de 6.500 g.
Centrífugas refrigeradas de alta velocidad: Las centrífugas de alta velocidad son muy similares a los modelos de gran capacidad, salvo que pueden alcanzar una velocidad máxima de unos 60.000 g. Estos modelos pueden recoger restos celulares más grandes, microorganismos y proteínas precipitadas por el sulfato de amonio. Los modelos refrigerados también pueden tener una cámara de rotor refrigerada.
Ultracentrífugas Las ultracentrífugas están optimizadas para girar a velocidades muy altas, de hasta 1.000.000 g (9.800 kilómetros por segundo o 6.089 millas por segundo). Estas centrífugas se clasifican como preparatorias o analíticas.
Ultracentrífugas preparatorias: Las ultracentrífugas preparatorias alcanzan aproximadamente 600.000 g. Se utilizan para determinar la forma y la masa de las macromoléculas, para separar las moléculas de las lipoproteínas del plasma y para otras tareas diversas. Las ultracentrífugas preparatorias tienen cámaras refrigeradas, selladas y vaciadas.
Ultracentrífugas analíticas: Con una ultracentrífuga analítica, se puede elegir entre tres sistemas ópticos: Sistema de absorción de luz, sistema Schlieren y sistema interferométrico Rayleigh. Los sistemas Schlieren y Rayleigh se utilizan para detectar cambios en el índice de refracción de la solución, mientras que un sistema de absorción de luz detecta los cambios a través de la absorción de luz ultravioleta. Estos modelos funcionan a unos 500.000 g.
Cuatro precauciones básicas de seguridad al trabajar con una centrífuga
1) Proporcione una superficie de trabajo firme y nivelada. Asegúrese siempre de que la centrífuga está sobre una superficie adecuada antes de empezar.
2) Estabilizar la centrífuga. El funcionamiento de una centrífuga desequilibrada puede causar daños importantes y puede herir al operador y al resto del personal del laboratorio. La masa total de cada tubo debe ser lo más parecida posible. Esto es cada vez más importante a velocidades muy altas del rotor. Se recomienda equilibrar las masas con una precisión de 0,1 gramos y es importante equilibrar los tubos por masa, no por volumen. Por ejemplo, no hay que equilibrar una muestra compuesta por un volumen igual de agua y un líquido con una densidad superior o inferior a la del agua.
3) No abra la tapa mientras el rotor esté en movimiento. Muchas centrífugas tienen un «cierre de seguridad». Sin embargo, esto sólo detendrá la potencia del rotor y éste seguirá girando debido a su propia inercia durante algún tiempo hasta que se detenga debido a la fricción.
4) Si la centrífuga tiembla, desenchúfela. Un poco de vibración es normal, pero una cantidad excesiva puede significar peligro. En primer lugar, comprueba que los tubos están correctamente equilibrados. Si esto no resuelve el problema, no haga funcionar la centrífuga hasta que haya sido revisada por el fabricante o el distribuidor.
¿Cómo se equilibra una centrífuga? ¿Por qué hay que equilibrar una centrífuga?
Antes de poner en marcha la centrífuga, es necesario cargarla correctamente. Equilibrar la centrífuga evita posibles daños en el aparato y es esencial para un funcionamiento seguro. Asegúrese de que todos los tubos de muestra se llenan uniformemente. Si se necesitan tubos adicionales para el equilibrio, llénelos con agua o un líquido de densidad similar a la de la muestra y asegúrese de que la masa se equilibra con una precisión de 0,1 gramos. Por cada tubo colocado en el rotor, añada un tubo de igual peso frente a él. De este modo, el centro de gravedad se mantiene en el centro del rotor. Gire el rotor 90° y añada dos tubos adicionales opuestos.
¿Cómo se debe mantener una centrífuga?
Unos sencillos pasos pueden garantizar el buen funcionamiento de una centrífuga y reducir el riesgo de daños y mal funcionamiento.
- Mantenga la centrífuga correctamente lubricada. Las juntas tóricas son la principal fuente de protección contra las fugas de muestras y deben lubricarse antes de colocar un nuevo rotor o después de limpiarlo. Los componentes roscados también deben limpiarse con regularidad y lubricarse con una grasa aprobada para garantizar un funcionamiento correcto y evitar las roscas cruzadas y la corrosión.
- Asegúrese de que los cangilones estén bien asentados en sus pernos, equilibre los tubos en el rotor, haga funcionar los rotores dentro de las directrices especificadas para la velocidad y la masa máxima de los deflectores, y evite que se raye el rotor. También hay que tener en cuenta que todos los usuarios saben cómo manejar la centrífuga correctamente.
- Inspeccione los componentes críticos y busque signos de desgaste, como arañazos o efectos químicos en el rotor.
- Preste mucha atención a los ruidos, vibraciones, sacudidas o chirridos y detenga la unidad inmediatamente si esto ocurre.
Limpieza de centrífugas
Limpie la centrífuga regularmente con soluciones de limpieza neutras (alcohol o desinfectante a base de alcohol) aplicadas a los rotores y accesorios con un paño suave. La limpieza diaria debe incluir el interior de la centrífuga, la cámara del rotor y las superficies con componentes electrónicos como pantallas táctiles y teclados. Es importante conocer los diferentes tipos de muestras que se utilizan con la centrífuga y los productos específicos necesarios para limpiar los derrames.
7 preguntas esenciales para comprar una centrífuga
1) ¿Con qué volúmenes de muestra trabaja? Para procesos con volúmenes grandes o variables, un modelo de suelo con mayor capacidad y diferentes configuraciones de rotor puede ser la mejor solución.
2) ¿Qué velocidad y fuerza g se requieren para su aplicación? ¿Cuál es la fuerza g máxima que puede producir la centrifugadora? Las centrífugas de baja velocidad son ideales para separar células enteras, mientras que las ultracentrífugas son esenciales para separar el ADN y el ARN.
3) ¿Cuánto espacio de laboratorio hay disponible? Los modelos de suelo y encimera están disponibles en muchos tamaños diferentes.
4) ¿Trabajará con muestras sensibles a la temperatura? ¿Es necesaria la refrigeración y el control de la temperatura? Si es así, se necesita una centrífuga con opciones de refrigeración y control de temperatura.
5) ¿Qué rotores están disponibles y qué tan fácil es reemplazarlos?
6) ¿Dispone la unidad de funciones de seguridad adicionales, como mecanismos para evitar que los accesorios superen las velocidades máximas o la detección de desequilibrios?
7) ¿Se utilizará la centrífuga para el procesamiento de muestras clínicas o de bancos de sangre? Para estas aplicaciones especiales existen lavadores de células o modelos clínicos.
Centrífugas sostenibles: Más respetuoso con el medio ambiente, más rentable y con mayor rendimiento
A medida que los equipos de laboratorio sostenibles se van imponiendo en las ciencias de la vida, la idea de que la sostenibilidad sólo se consigue a expensas del rendimiento está cambiando. De hecho, a menudo ocurre lo contrario. Las soluciones sostenibles ofrecen muchas ventajas adicionales, como una mayor eficiencia, que a menudo equivale a una reducción de costes. En lo que respecta a los equipos de centrifugado, los fabricantes colaboran estrechamente con los laboratorios para entender los requisitos tanto de rendimiento como de sostenibilidad. Esta asociación ha dado lugar a grandes saltos en la innovación en los últimos años.
Optimización de las centrífugas para la sostenibilidad y el rendimiento
El rendimiento está en el centro de toda innovación y la nueva generación de centrífugas combina tecnología avanzada, materiales innovadores y diseño inteligente para ofrecer un alto rendimiento, así como una eficiencia y un ahorro de energía extraordinarios, algunos de los cuales superan el 70%.
Funcionamiento más ecológico: Esta es quizás la más sencilla de las características de sostenibilidad del mercado, pero una de las más eficaces. Los modos de funcionamiento de ahorro de energía reconocen automáticamente cuando la centrífuga está inactiva y la ponen en modo de reposo. Esta característica reduce significativamente el uso de energía, con algunos modelos que logran reducciones de más del 60%.
Diseño innovador del rotor: Al ser la principal parte móvil de la centrífuga, el rotor es el que más energía necesita. A velocidades que alcanzan las 30.000 RPM en algunos modelos superrápidos, la fricción puede aumentar la demanda de energía. La nueva generación de centrífugas con rotores protegidos contra el viento garantiza un flujo de aire más eficiente y reduce las necesidades de energía. Los innovadores materiales del rotor también permiten un mayor ahorro de energía.
Los rotores de fibra de carbono son más ligeros que sus homólogos de aluminio o titanio, por lo que ofrecen una mayor velocidad de aceleración y desaceleración y un menor tiempo de funcionamiento para ahorrar costes y tiempo. La fibra de carbono también tiene una vida útil más larga que el metal, ya que es más resistente a los daños causados por los productos químicos, lo que prolonga el tiempo de funcionamiento y reduce los residuos. Si a ello se suma el hecho de que muchos rotores de fibra de carbono son reparables, lo que prolonga su vida útil, las ventajas de la sostenibilidad son aún mayores.
Mínima fricción: Debido a que los rotores centrífugos giran a velocidades tan altas, son especialmente sensibles a las ineficiencias energéticas causadas por la fricción. Algunas centrífugas disponen ahora de capacidades de vacío que eliminan hasta el 80% del aire que rodea los rotores, lo que reduce significativamente la cantidad de energía necesaria para hacer girar las muestras y alimentar la centrífuga. Para obtener la máxima eficacia, el vacío debe ajustarse en función de los ajustes del rotor y de la velocidad y también para cumplir los requisitos de los programas de supervelocidad.
Apertura automática de puertas con sistemas de refrigeración eficaces: Las centrífugas se controlan cuidadosamente para mantener temperaturas óptimas que protejan las muestras y la tecnología de las centrífugas. Esta energía se desperdicia cuando se abren las puertas y los sistemas de refrigeración siguen funcionando. Algunas centrífugas ofrecen ahora funciones de apagado automático del sistema de refrigeración para evitar la pérdida de energía cuando la puerta está abierta, así como sistemas de refrigeración más eficientes que aumentan aún más la sostenibilidad y el ahorro de costes.
Aumento de la capacidad: Cuando las características de sostenibilidad mencionadas se combinan con una mayor capacidad de centrifugado, se puede conseguir una eficiencia aún mayor en términos de tiempo, coste y energía. Las unidades de mayor capacidad pueden procesar más muestras en un solo ciclo y es necesario completar menos ciclos. En los laboratorios de gran actividad en los que se pueden procesar cientos de muestras al día, un menor número de ciclos pronto supondrá una gran diferencia en los costes de funcionamiento.
En cada caso, la innovación de las centrífugas se centra en ofrecer un mayor rendimiento. Pero además de los beneficios de la sostenibilidad, estas innovaciones han permitido aumentar la eficiencia, reducir los residuos y disminuir los costes. La sostenibilidad beneficia realmente al rendimiento y ambos pueden trabajar en sinergia para obtener mayores recompensas.
Centrífugas sostenibles: Un paso en el viaje para reducir la huella de carbono
La nueva generación de centrífugas que se comercializa actualmente ya está teniendo un gran impacto en la huella de carbono de la industria, ya que algunos modelos reducen el consumo de energía en más de un 70% en comparación con los modelos convencionales. Ahorrar 2.000 kilovatios hora a lo largo de un año representa un equivalente de dióxido de carbono de unas 1,5 toneladas métricas, y esto puede lograrse fácilmente con sólo una o dos de las características ecológicas que se encuentran en muchos modelos de nueva generación. Esto también supone un importante ahorro de costes.
Las centrífugas sostenibles de hoy en día se están convirtiendo sin duda en una de las futuras puntas de lanza del sector, ya que los fabricantes de equipos están recurriendo cada vez más a diseños más sostenibles siempre que es posible. En lugar de la sustitución, se están diseñando más equipos pensando en su futura reparación y reutilización. Esto incluye el reacondicionamiento, en el que las piezas de trabajo de las herramientas que han llegado al final de su vida útil se sustituyen para otro fin. Estas piezas pueden reutilizarse en futuros modelos, reduciendo así la necesidad de materias primas.
Los fabricantes de centrífugas también están examinando de cerca su huella de carbono. Algunas organizaciones operan ahora en fábricas con cero residuos o tratan de introducir nuevos productos con una huella medioambiental neta cero. Por supuesto, la sostenibilidad no es algo nuevo para muchos fabricantes de equipos. Este viaje hacia la sostenibilidad está en marcha y, gracias a otros muchos nuevos desarrollos, los laboratorios se proponen alcanzar sus propios objetivos de sostenibilidad, con la seguridad de que los equipos ofrecen niveles de sostenibilidad, eficiencia energética y reducción de gases de efecto invernadero.
Centrífugas sostenibles: La búsqueda constante de rendimiento, eficiencia y sostenibilidad
La sostenibilidad se ha convertido en una parte importante de la cadena de suministro mundial, ya que los cambios a nivel global y regional han dado lugar a un compromiso de las empresas y los individuos para hacer su parte para reducir el impacto del cambio climático. Este movimiento está creciendo y se convertirá en un punto de referencia para todas las empresas. La colaboración con los departamentos internos y las alianzas con proveedores de equipos de confianza serán fundamentales a medida que las organizaciones vayan adoptando plenamente la sostenibilidad como indicador de rendimiento. La innovación seguirá impulsando el rendimiento, pero también debe magnificar su impacto mediante resultados sostenibles.
Son pocas las centrífugas que ofrecen características sostenibles por sí solas, pero la nueva generación de modelos sostenibles da un paso más allá al combinar las mejores innovaciones para ofrecer un importante ahorro de energía, reducción de residuos y reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Las características medioambientales están cada vez más vinculadas al rendimiento y los beneficios comerciales. Esto significa que se consigue una mayor eficiencia, se reducen los costes, se mejora la eficacia operativa y se minimizan los flujos de residuos y sus costes asociados. Los laboratorios pueden ahora no sólo cumplir sus objetivos de sostenibilidad, sino también mejorar sus servicios con un menor coste por muestra: una situación en la que todas las partes interesadas salen ganando.
This post is also available in: Türkçe English Français Deutsch
Yorumlar (0) Yorum Yap