差速离心技术是分离细胞器的关键方法,其原理基于不同颗粒在离心力场中的沉降行为差异。
离心力与等效重力
离心过程中,高速旋转产生的离心力场等效于增强的重力场,称为“相对离心力”(RcF)。其计算公式为:
RcF = 1.118 \\times 10^{-5} \\times r \\times (rpm)^2
其中 ( r ) 为离心半径(cm),( rpm ) 为转速。此力使颗粒按密度和大小分层。
粘性阻力与斯托克斯定律
颗粒沉降速度由离心力与粘性阻力平衡决定。斯托克斯公式修正后为:
v = \\frac{2r^2 (\\rho_p - \\rho_f) \\times RcF}{9\\eta}
( r ):颗粒半径
( \\rho_p, \\rho_f ):颗粒与介质密度
( \\eta ):介质粘度
大颗粒或高密度颗粒沉降更快,从而实现分级分离。
细胞器特性与雷诺数
雷诺数(Re):低 Re(<1)时粘性力主导,沉降平稳;细胞器因微小尺寸通常处于低 Re 状态。
膜疏水性及结构蛋白:影响有效密度(如膜脂降低密度,蛋白质增加密度)及形状,改变沉降速率。例如,线粒体的嵴结构可能增加阻力。
差速离心步骤