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  2. 百家秘籍

    不同材質超速離心管的理化特性及使用方法說明

           超速離心管按管身材質不同,分為PP、PE、PA、PC、PET、PETG、SS和Ti共六種類型。不同材質離心管所適用的最高工作轉速、樣品工作溫度范圍、化學耐受性和消毒滅菌處理方法存在區別。Beckman、eppendorf等超速離心機廠商一般為每個轉頭都提供了一到數種不同材質、工作容量的離心管選項,以適應不同實驗樣品的理化屬性要求。

           針對生命科學超速離心實驗中核酸、蛋白質、脂質、亞細胞組分(胞外囊泡)、病毒類樣品和納米顆粒制劑等常規樣品提取、分離、制備的特點,依據制造商發布的技術資料、離心管化學耐受性數據,我們組織編撰了本超速離心管理化屬性及使用說明,供實驗者在實驗中離心管選型時參考。

     

    1、PP離心管(Polypropylene Tube)

           PP材質離心管即聚丙烯管。

           聚丙烯(Polypropylene, PP)由丙烯單體聚合而成。PP材料機械強度高但韌性差(抗沖擊性能差),耐熱性能優良,在溫度80℃以下可耐受強酸、強堿、常規緩沖鹽份和表面活性劑溶液。

           PP離心管支持115℃ - 121℃高壓蒸汽滅菌和酒精浸泡消毒處理,方便厚壁開口管的多次重復利用。

           通常,各種款式的PP超速離心管支持特定轉頭在最高轉速運行下使用,其實用工作轉速高于相同規格的PC材質、SST材質離心管。

    酸性溶液

    5%醋酸  硼酸  枸櫞酸(CA)  35%鹽酸  50%硝酸  85%磷酸  98%硫酸等

    堿性溶液

    氨水(28%)  KOH(45%)  NaOH(10%)等

    梯度介質

    CsCl  CsI  NaI Optiprep 葡聚糖 Ficoll-Paque Percoll Nycodenz KBr 甘油 蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    2-巰基乙醇  咪唑  尿素  Tris緩沖液(中性)  Triton X-100  SDS  脫氧膽酸鈉(Sodium deoxycholate)

    鹽溶液

    (NH?)?SO?  Na?SO?  CaCl?  MgCl?  KCl   NaHCO?  Na?CO?  鹽酸胍/硫氰酸胍等

    有機溶劑

    二甲基亞砜(DMSO)  甲醇  5%苯酚等

    消毒劑

    環氧乙烷(氣體)  3%雙氧水

    不適用樣品制劑

    丙酮  苯  氯仿  甲苯  石油等

    適用消毒滅菌法

    可耐受121℃高壓蒸汽滅菌

    化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水、乙醇95%)

    管溫度耐受范圍

    實用溫度范圍:-30℃ - 140℃,材料脆點0℃

    適用工作溫度:4℃ - 25℃

           PP超速離心管是Beckman最常見的類型。Beckman采用PP材質開發了薄壁開口管(Open-Top Thinwall Polypropylene Tube)、厚壁開口管(Open-Top Thickwall Polypropylene Tube)、熱封管(Quick-Seal Round Top Polypropylene Tube)和指封管(OptiSeal Polypropylene Tube)四種款式。

           薄壁管有5mL管(326819)、13.5mL管(326814)及35.5mL管(344367)。

           厚壁管分為3.5mL管(349623)、10mL管(355640)、32mL管(355642)及94mL管(355643)。

           快封管包括6mL管(344619)、13.5mL管(342413)、39mL管(342414)和94mL管(345776)。 

           OptiSeal指封管有三個規格,即4.7mL OptiSeal管(361621)、8.9mL OptiSeal管(361623)和32.4mL OptiSeal管(361625)。

    Beckman Optima XPN-100超速離心機PP材質 5mL 13.5mL 35.5mL 39mL和94mL離心管.jpg

            通常,各款式的PP超速離心管可支持在特定轉頭額定最高轉速運行下使用,實用工作轉速高于相同規格的PC材質、SS材質離心管。以TYPE 100 Ti(Max. Speed 100000rpm)為例,其配套離心管為清一色的PP管材。TYPE 90 Ti(Max. Speed 90000rpm)、TYPE 70.1 Ti(Max. Speed 70000rpm)、TYPE 70 Ti(Max. Speed 70000rpm),PP管最大工作轉速達到超過70000rpn。而PC管轉速普遍不高于65000rpm。TYPE 70 Ti中39mL熱封管(342414)工作轉速達到70000rpm,同等容量的不銹鋼離心管(301112)最高轉速僅40000rpm。


    2、PA離心管

            PA離心管,又稱為PPCO管,即聚丙烯共聚物(polyallomer, PA或Polypropylene copolymer, PPCO) 材質離心管。PA系丙烯單體和少量乙烯單體(1 - 4%)在加熱、加壓和催化劑作用下聚合產生。乙烯的加入改善了材料的低溫韌性(撓曲性)、耐沖擊性能、機械強度和化學耐受性。PA管對所有梯度離心介質(包括堿性介質)、大多數酸、許多堿、許多醇、DMSO和一些有機溶劑都具有良好的耐受性(比PP材質離心管適用的樣品溶劑、可耐受化學品品目范圍更廣)。但聚合物的熔點比PP降低,故高壓滅菌耐受性能降低。
            瓶體半透明,便于觀察管中樣品體積和離心分離效果??捎糜诔R幒怂?、蛋白質、脂質、細胞器、病毒及納米顆粒制劑的超速離心分離。
            PA離心管優良的韌性、耐沖擊性和機械強度,是Himac品牌超速離心管使用最廣泛的類型
    。

    酸性溶液

    5%醋酸  枸櫞酸(CA)   35%鹽酸  50%硝酸  85%磷酸  98%硫酸等

    堿性溶液

    氨水(28%)  KOH(45%)  NaOH(10%)  碳酸鈉等

    梯度介質

    CsCl  CsI  NaI  Optiprep  葡聚糖  Ficoll-Paque  Percoll  Nycodenz  KBr  甘油  蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    2-巰基乙醇  Tris緩沖液(中性)  Triton X-100  尿素

    鹽溶液

    (NH?)?SO?  Na?SO?  NaHCO?/Na?CO?  MgCl?  KCl   NaCl  鹽酸胍/硫氰酸胍等

    有機溶劑

    二甲基亞砜(DMSO)   乙二醇  異丙醇  正丁醇  5%苯酚  植物油  甲醛(40%)等

    消毒劑

    高錳酸鉀  環氧乙烷(氣體)  3%雙氧水

    不耐受樣品制劑

    有機溶劑:丙酮  氯仿  苯  二甲苯

    適用消毒滅菌法

    可耐受115℃高壓蒸汽滅菌

    化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水)

    管溫度耐受范圍

    適用于4℃ - 25℃離心

           Himac品牌(原日立旗下品牌,2020年3月后正式并入eppendorf公司)PA材質超速離心管有薄壁開口管(PP tube)、厚壁開口管(Thick-walled Tube)、熱封管(Seal Tube)和離心瓶(PA Bottle)四款。其中:

           薄壁分為管6.5PA管(5720411029)、12PA管(5720411020)、40PA管(5720411139)和94PA管(5720411160);

           厚壁開口管分10PA管(5720411025)和33PA管(5720411138)兩款;

           熱封管規格較為齊全,包括了5PA熱封管(5720411008)、6.5PA熱封管(5720411077)、12PA熱封管(5720411019)、30PA熱封管(5720411121)、40PA熱封管(5720411141)和94PA熱封管(5720411161)多個規格;

           Himac PA材質離心瓶可提供30PA離心瓶(C)(5720411124)、70PA帶蓋離心瓶C(5720411153)和230PA離心瓶(5720411169)三種規格。

           通常,Himac PA離心管的實用工作轉速通常高于相同規格的PE、PC、SST和Ti材質離心管。以Himac CP100NX超離P90AT轉頭為例,12PA Seal Tube(5720411019;  90000rpm)、12PA Tube(5720411020;  83000rpm)、12PC Tube(5720411022; 65000rpm) 、12PE Tube(5720411021; 65000rpm)四種常用離心管中,PA熱封管可耐受轉速最高,同為薄壁開口管,12PA管實用轉速要高于PC、PE管。

     

    3、PET和PETG超凈離心管

           PET俗稱滌綸樹脂,學名聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate, PET),是以對苯甲酸和乙二醇為原料縮聚而成,常用于制作礦泉水瓶、碳酸飲料瓶、食用油桶等食品包裝容器。

           PET材料的機械強高、透明度好,可阻擋紫外線,耐油脂和大多數溶劑。因分子結構中存在酯鍵,在強酸、強堿和水蒸汽作用下會發生降解。

    酸性溶液

    5%醋酸   硼酸(BH?O?)   枸櫞酸(CA)  10%鹽酸  10%硝酸  85%磷酸  50%硫酸等

    梯度介質

    CsCl  CsI  NaI  Optiprep  葡聚糖  Ficoll-Paque  Percoll  Nycodenz  KBr  甘油  蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    Tris緩沖液(中性)   脫氧膽酸鈉(Sodium deoxycholate)   SDS  Triton X-100  尿素

    鹽溶液

    (NH?)?SO?  Na?SO?  CaCl?  MgCl?  KCl   KBr  KI  NaCl  K?CO?  硝酸鈉(10%)等

    有機溶劑

    95%乙醇 異丙醇 植物油等

    消毒劑

    高錳酸鉀 次氯酸鹽 環氧乙烷 3%雙氧水

    不耐受樣品制劑

    酸性溶液:乙酸(60%)  冰醋酸  35%鹽酸  50%硝酸  98%硫酸等

    堿性溶液:氨水(28%)  KOH(45%)  吡啶(50%)  NaOH(50%)等

    緩沖液組分:鹽酸胍  硫氰酸胍  2-巰基乙醇等

    有機溶劑:二甲基亞砜(DMSO)  5%苯酚  氯仿  丙酮  甲苯  二甲苯等

    適用消毒滅菌法

    可耐受化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水)

    管溫度耐受范圍

    PET材質可在55-60℃溫度范圍內正常使用。但溫度達到70℃時易變形,不能耐受高壓滅菌。

    離心管適用于4℃ - 25℃條件下離心。

           Hiamc品牌PET超速離心管為薄壁開口管,分為5PET Tube (5720411043)、6.5PET Tube (5720411080)、12PET Tube (5720411106)、13PET Tube (5720411107)和40PET Tube (5720411148)五款。

           PETG是聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯(Polyethylene Terephthalate)的縮寫,為PET和乙二醇的共聚物。與PET相比,其抗沖擊性(韌性)和耐化學性更好(可耐受二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙醚)、透明度更高(玻璃般的透明度),耐侯(黃變)性能優于PET,適用于制造香水、藥品等需長時間存放包裝容器。PETG無細胞毒性,還是制造適于細胞培養和培養基儲存的無菌一次性容器的理想材料。

           Beckman超凈(Ultra-Clear)系列超速離心管即屬于PETG材質離心管。超凈管有薄壁開口管(Open-Top Thinwall Ultra-Clear Tube)和熱封管(Quick-Seal Round-Top Ultra-Clear Tube)兩款。開口管容量覆蓋2 - 94mL,常用型號有5mL管(344057)、6.5mL管(344088)、13.2mL管(344059)、13.5mL管(344085)、17mL管(344061)和38.5mL管(344058)。熱封管中的5.1mL管 (344075)、6.3mL管(345830)、13.5mL管(344322)、15mL管(344324)和100mL管(345778)較為常用。

    Beckman Optima XPN-100超速離心機5mL 13.5mL 35.5mL 39mL和94mL Ultra-Clear超凈離心管.jpg

           PET和PETG超速離心管的共同點是管壁高度透明。離心結束后目視可清晰觀察到各條帶及位置分布。管壁薄,便于用針頭穿刺或專門切片工具收集條帶。

           PET、PETG離心管可以使用γ射線輻照或乙醇消毒,但不可高壓滅菌處理,且售價高于PP、PA材質離心管。

           通常,PET、PETG離心管不支持所適用轉頭的最高額定轉速運行時使用。

     

    4、PE離心管

           PE超速離心管常用的是聚乙烯(polyethylene, PE)是乙烯單體經聚合制得, 聚合物分子通過碳-碳單鍵相連,能耐大多數酸堿的侵蝕的穩定化學性能。PE(低密度聚乙烯LDPE材質)可耐受溫度范圍為-100℃至+70℃,不耐受115℃高溫高壓滅菌。

           PE材質的優勢在于常溫條件下長耐受強酸、強堿物質和樣品而保持化學穩定性。

    酸性溶液

    5%醋酸  枸櫞酸(CA)   35%鹽酸  98%硫酸  50%硝酸  85%磷酸等

    堿性溶液

    KOH(45%)  吡啶(50%)  NaOH(50%)等

    梯度介質

    CsCl  CsI  NaI  Optiprep  葡聚糖  Ficoll-Paque  Percoll  Nycodenz  KBr  甘油  蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    2-巰基乙醇  Tris緩沖液(中性)  Triton  X-100  咪唑  尿素

    鹽溶液

    (NH?)?SO?  CaCl?  MgCl?  Na?S?O?  硫氰酸胍等

    有機溶劑

    二甲基亞砜(DMSO) 9 5%乙醇  丙酮  5%苯酚  異丙醇  正丁醇  石油等

    消毒劑

    環氧乙烷(氣體) 3%雙氧水

    不耐受樣品制劑

    丙酮 氯仿等氯代烴類 苯 二甲苯 石油等

    適用消毒滅菌法

    化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水)

    管溫度耐受范圍

    在4℃ - 20℃溫度下使用

           Himac品牌PE離心管有兩種規格,即12PE薄壁開口管 (5720411021)和40PE薄壁開口管 (5720411146),售價均高于PA、PC和PET材質離心管。

           PE材質離心管的實用工作轉速通常低于同等規格的PA離心管。

     

    5、PC離心管

           PC離心管是聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)材質的離心管的簡稱。
            相比于PP、PA、PE、PET等其它材質,PC的最大優勢在于剛性機械強度、管壁玻璃狀透明,對加樣操作和離心后觀察樣品條帶、沉淀物分布位置十分便利。
            與PE、PET比,PC的實用溫度范圍寬,可耐受121℃高壓蒸汽滅菌。因此,PC材質的厚壁開口離心管、離心瓶往往在經清洗消毒或滅菌后被重復使用。雖然PC管/瓶可耐受高壓滅菌,但這樣做會大大縮短這些離心管的使用壽命,加之PC離心瓶售價不菲,因此建議采用3%雙氧水類化學消毒劑的冷滅菌方法。
           PC對多數酸性、堿性(pH 大于 8)化學品、有機溶劑均不耐受。用堿性洗滌劑洗滌PC離心管會導致離心管損壞。
           PC管對除堿性以外的所有梯度介質都具有良好的耐受性。

    酸性溶液

    10%硫酸  10%硝酸  乳酸等

    梯度介質

    CsCl  CsI  NaI  Optiprep  葡聚糖  Ficoll-Paque  Percoll  Nycodenz  KBr  甘油  蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    Tris緩沖液(中性)  Triton X-100  尿素

    鹽溶液

    Na?SO? ZnCl? KCl  NaCl  硝酸鈉(10%)等

    有機溶劑

    天然汽油  潤滑油等

    脂類樣品

    油酸 飽和/不飽和脂肪酸 脂肪烴 動植物油等

    消毒劑

    3%雙氧水 環氧乙烷(氣體)

    不耐受樣品制劑

    堿性溶液:10%氨水 5%KOH 50%吡啶 1%NaOH等

    有機溶劑:二甲基亞砜DMSO  50%乙醇  異丙醇  甲醇  正丁醇  5%苯酚  二甲苯  氯代烴類  丙酮等

    適用消毒滅菌法

    可耐受121℃高壓蒸汽滅菌

    化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水)

    管溫度耐受范圍

    既可在高達120℃溫度下工作,又兼具耐寒特性(脆化溫度為-100℃)

    可長期工作溫度范圍為-60℃ - 120℃。

    適用于4℃ - 25℃溫度下離心。

           Hiamc品牌PC材質離心管分為PC薄壁開口管(如3PC開口管5720411012、6.5PC開口管5720411030、12PC開口管5720411022 及40PC開口管5720411140)、厚壁開口管(4.7PC 厚壁管5720411032)和離心瓶。其中,10PC離心瓶(5720411026)、30PC離心瓶C3 (5720411126)、70PC帶蓋離心瓶C (5720411150)較為常用。

    CP100NX Optima XPN-100超速離心機配套10mL 30mL 70mL PC離心瓶.jpg

           Beckman超速離心機用的PC材質離心管有兩款:厚壁開口管和離心瓶。厚壁管開口分為4mL管(355645)、10mL管(355630)、10.5mL管(355629)、32mL管(355631)和94mL管(355628)共5個規格。PC離心瓶有10.4mL離心瓶(355603)、26.3mL離心瓶(355618)和70mL離心瓶(255622)三個選項。

            PC離心瓶在固定角轉頭中可以帶蓋或不帶蓋使用。如離心管沒有完全充滿,PC離心瓶在固定角轉頭中可以帶蓋或不帶蓋使用。如離心管沒有完全充滿,則60000rpm轉速的角轉頭中使用時需降低工作轉速。在水平吊桶轉頭中使用時,樣品裝載量至少應達到管額定容量的一半以上。

     

    6、不銹鋼離心管

            不銹鋼(Stainless steel, SS) 材料中(鉻含量不低于10.5%,碳含量不超過1.2%),對弱酸、強堿、部分鹽分、有機溶劑、石油等具有較強的抗腐蝕性能。
            不銹鋼材質超速離心管對細胞保存材料、核酸提取試劑中的氯仿、苯酚、DMSO等都具有耐受性,具有可適用樣品范圍寬,使用后離心管清理和消毒滅菌方式靈活,可反復使用的優勢。
            只需在儲存前徹底干燥,并確保離心管外形完好無損且無腐蝕,可以無限期使用。

    酸性溶液

    硼酸(BH?O?) 枸櫞酸(CA) 乳酸 硬脂酸等

    堿性溶液

    氨水(28%) NaOH(50%)等

    梯度介質

    甘油 蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    Tris緩沖液(中性) Triton X-100 2-巰基乙醇

    鹽溶液

    醋酸銨  醋酸鉀  碳酸銨  碳酸鉀  碳酸鈉  鎳鹽  碘化鉀  10%硝酸鈉  硫酸鋅等

    有機溶劑

    丙酮  氯仿  二甲基亞砜(DMSO)  95%乙醇  異丙醇  5%苯酚  二甲苯  煤油等

    消毒劑

    3%雙氧水 環氧乙烷(氣體)

    不耐受樣品制劑

    酸性溶液:60%乙酸  冰醋酸  10%鹽酸  10%硫酸  油酸等

    鹽溶液:FeCl? KCl  ZnCl? 鹽酸胍 次氯酸鈣等

    適用消毒滅菌法

    可耐受121℃高壓蒸汽滅菌

    化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水)

    管溫度耐受范圍

    121℃溫度下高壓滅菌

           Himac提供了12SS不銹鋼管(5720411023)、40SS不銹鋼離心管B(5720411147)和94SS不銹鋼管(5720411165)三個規格超速離心可選。 

    CP100NX超速離心機P70AT角轉頭40SS 40Ti離心管 Optima XPN系列離心機Types 45 Ti type 70 Ti用不銹鋼離心管.jpg

            不銹鋼管結構強度高,樣品的裝填體積靈活,填充到任意容量時都可以離心。但因管身自身重量所限,相同樣品載量情況下,其實用工作速度通常應低于其它類型材質離心管的轉速以確保轉頭安全工作。
            此外,不銹鋼管通常為無蓋設計,與常規PC、PET、PP、PA材質開口管所使用的蓋組件不匹配,因此,不適可用于強酸、強堿、腐蝕性液體容積、揮發性有毒樣品離心。


    7、鈦合金離心管

            鈦合金(Titanium alloy)是以鈦為基礎加入其他元素組成的合金,具有優良的機械強度、耐蝕性化合物范圍更寬、耐熱性更好。鈦合金質地比不銹鋼輕,同等樣品負載情況下,可實現更高工作轉速。同樣以Himac CP100NX超離P90AT轉頭為例,在不帶管蓋情況下,12TI管的最高轉速(49000rpm)要高于12SS不銹鋼管(40000rpm)的指標。

            Himac超速離心機提供了12Ti金屬管(5720411274)、40Ti鈦金屬管(5720411149)兩種鈦合金超速離心管。

    酸性溶液

    10%鹽酸  50%硝酸  硬脂酸等

    堿性溶液

    氨水(28%)  NaOH(10%)等

    梯度介質

    CsCl  CsI  NaI  Optiprep 葡聚糖  Ficoll-Paque Percoll  Nycodenz  KBr  甘油  蔗糖溶液等

    緩沖液組分

    Tris緩沖液(中性) 2-巰基乙醇 Triton X-100

    鹽溶液

    醋酸鉀  醋酸鉀  碳酸銨  碳酸鉀  碳酸鈉  硫酸銨  鎳鹽  硫酸鈉  硫酸鋅

    氯化鈉  氯化鎂  氯化鈣  氯化鋅  氯化鐵  氯化鉀  碘化鉀  10%硝酸鈉  鹽酸胍/硫氰酸胍  鋇鹽等

    有機溶劑

    丙酮  二甲基亞砜(DMSO)  乙醇  正丁醇  5%苯酚  石油等

    消毒劑

    高錳酸鉀  環氧乙烷(氣體) 3%雙氧水等

    不耐受樣品制劑

    酸性溶液:氫氟酸(10%) 磷酸(50%) 10%硫酸等

    堿性溶液:KOH 吡啶(50%)等

    有機溶劑:氯仿等

    適用消毒滅菌法

    可耐受121℃高壓蒸汽滅菌

    化學消毒法(環氧乙烷、雙氧水)

    管溫度耐受范圍

    可121℃溫度下高壓滅菌。

           鈦合金優良的化學相容性、機械強度和質地輕巧,除用于制造離心管管身,主要被用于制造各種超速離心開口離心管配套蓋組件,方便離心管在角轉頭、近垂直轉頭中離心時,為樣品管提供有效密封。譬如,Beckman Optima XPN-100 超速離心機Type 70 Ti角轉頭配套35.5mL 薄壁開口管(344367)用的35.5mL 離心管的蓋組件(337927)。Himac CP100NX立式超速離心機P70AT角轉頭適用的12PE薄壁開口管(5720411021)、12Ti金屬管(5720411274)工作時,需安裝使用C-Ti蓋組件(5720411211)。

           為大容量超速離心管設計的鈦合金管帽適配器(cap Spacer),如為Beckman 94mL熱封管(C14305)提供的管帽適配器(342697),既對管帽提供支撐保護,又可減輕轉頭工作負重。

     

    參考資料:

    1. Beckman離心管材質化學耐受性查詢(https://resources.mybeckman.cn/search/ChemicalResistance/
    2. Chemical Resistance Chart(PN S99931312,eppendorf Himac Technologies Co., Ltd)
    3. Preparative & Analytical Ultracentrifuges Product Catalog (22.02.4171.CENT)
    4. Rotors, Tubes, Bottles And Caps Instruction Manual for Ultracentrifuge (S99920421)


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