À la base, une centrifugeuse est une machine qui sépare les mélanges en fonction de leur densité. Elle y parvient en faisant tourner les échantillons à grande vitesse, générant une force puissante qui provoque le déplacement des composants les plus denses vers l'extérieur, loin du centre de rotation, tandis que les composants plus légers restent plus près du centre. Les principaux types sont classés en fonction de leur vitesse maximale et de leur capacité volumique, ce qui dicte directement leur application.
Le principe essentiel à comprendre est que le choix d'une centrifugeuse ne concerne pas la machine elle-même, mais la taille et la nature des particules que vous devez séparer. Plus la particule est petite, plus la vitesse et la force requises pour une séparation efficace sont importantes.
Le principe directeur : la force centrifuge relative (FCR)
Plus que de simples tours par minute (RPM)
Bien que les centrifugeuses soient souvent décrites par leurs révolutions par minute (RPM), la métrique vraiment importante est la Force Centrifuge Relative (FCR), également connue sous le nom de force g.
Les RPM mesurent simplement la vitesse de rotation du rotor. La FCR, cependant, mesure la force réelle exercée sur le contenu de l'échantillon.
Cette force dépend non seulement de la vitesse (RPM) mais aussi du rayon du rotor. Deux centrifugeuses tournant à la même vitesse (RPM) mais avec des rotors de tailles différentes généreront des FCR très différentes. Pour cette raison, les protocoles scientifiques spécifient toujours la FCR, et non les RPM, pour garantir la reproductibilité des résultats.
Une classification pratique des centrifugeuses
Les centrifugeuses sont mieux comprises en les regroupant en fonction de la FCR qu'elles peuvent générer, ce qui correspond directement à leurs applications principales.
Centrifugeuses à basse vitesse (Les généralistes)
Ce sont souvent des appareils de paillasse utilisés pour les séparations de routine. Ils fonctionnent à des vitesses relativement faibles, généralement inférieures à 10 000 tr/min.
Leur objectif est de séparer les grosses particules denses qui sédimentent facilement. Considérez-les comme des outils de récolte ou de clarification.
Applications courantes :
- La sédimentation de cellules entières à partir d'une culture, telles que des levures ou des bactéries.
- La séparation des globules rouges et des globules blancs du plasma.
- Le recueil de précipités chimiques en vrac après une réaction.
Centrifugeuses à grande vitesse (Pour les séparations plus fines)
Ces machines plus puissantes peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à environ 25 000 tr/min, générant une FCR considérablement plus élevée. Elles sont presque toujours réfrigérées.
La réfrigération est essentielle car la friction générée par la rotation à grande vitesse produit une chaleur importante, qui peut endommager ou dénaturer des échantillons biologiques sensibles comme les protéines et les enzymes.
Applications courantes :
- L'isolement de composants subcellulaires, tels que les mitochondries, les chloroplastes ou les noyaux.
- La collecte de cellules microbiennes dans de grands volumes.
- La séparation de particules virales plus grandes.
Ultracentrifugeuses (Les centrales pour macromolécules)
Les ultracentrifugeuses représentent le summum de la centrifugation, capables de tourner à des vitesses supérieures à 100 000 tr/min et de générer des forces immenses (plus de 500 000 x g).
Pour atteindre ces vitesses, la chambre du rotor est scellée et placée sous un vide poussé afin d'éliminer la résistance de l'air et la friction. Elles sont également fortement réfrigérées.
Deux sous-types principaux :
- Ultracentrifugeuses préparatives : Utilisées pour isoler et purifier de très petites particules. Leur objectif est de sédimenter les molécules pour une analyse ultérieure. Les applications comprennent la purification des virus, des plasmides, de l'ADN, de l'ARN et des protéines individuelles.
- Ultracentrifugeuses analytiques : Ce sont des instruments de recherche spécialisés. Leur objectif n'est pas de sédimenter les échantillons, mais de les étudier en temps réel. Elles sont équipées de systèmes de détection optique qui surveillent la sédimentation des molécules pendant la rotation, permettant aux scientifiques de déterminer des propriétés telles que le poids moléculaire, la forme et la pureté.
Comprendre les compromis : la sélection du rotor
La centrifugeuse n'est que le moteur ; le rotor contient l'échantillon et est le composant qui définit véritablement l'application. Les deux types les plus courants ont des objectifs distincts.
Rotors à angle fixe
Dans un rotor à angle fixe, les tubes d'échantillons sont maintenus à un angle constant et prononcé (par exemple, 25-45 degrés).
Cette conception est très efficace pour la sédimentation (pelleting). Les particules ont une courte distance à parcourir avant de heurter la paroi du tube et de glisser pour former un culot compact. Cependant, cela peut induire un stress élevé sur l'échantillon.
Rotors à godets oscillants
Dans un rotor à godets oscillants (ou à tête oscillante), les tubes sont placés dans des godets qui sont verticaux au repos mais qui basculent en position horizontale lorsque le rotor tourne.
Ceci est idéal pour séparer des échantillons à travers un gradient de densité. La force est appliquée directement sur toute la longueur du tube, permettant la formation de couches distinctes (comme les composants sanguins) sans être perturbées, créant ainsi une séparation nette.
Faire le bon choix pour votre objectif
Pour sélectionner l'instrument correct, vous devez faire correspondre la force centrifuge requise à la taille du composant que vous souhaitez séparer.
- Si votre objectif principal est la récolte de cellules entières ou de gros précipités : Une centrifugeuse de paillasse simple et à basse vitesse est l'outil approprié et rentable.
- Si votre objectif principal est l'isolement d'organites subcellulaires ou de cellules microbiennes : Vous aurez besoin d'une centrifugeuse réfrigérée à grande vitesse pour générer une force suffisante tout en protégeant votre échantillon de la chaleur.
- Si votre objectif principal est la purification de virus, de protéines ou d'acides nucléiques : Une ultracentrifugeuse est le seul outil capable de générer la force extrême nécessaire pour sédimenter ces macromolécules.
- Si votre objectif principal est d'étudier les propriétés physiques d'une macromolécule : Vous avez besoin d'une ultracentrifugeuse analytique spécialisée avec son système de détection optique intégré.
En fin de compte, la bonne centrifugeuse est celle qui fournit la force nécessaire pour séparer efficacement votre composant cible du reste du mélange.
Tableau récapitulatif :
| Type de centrifugeuse | Vitesse max / FCR | Applications clés |
|---|---|---|
| Basse vitesse | < 10 000 tr/min | Récolte de cellules (levures, bactéries), séparation des composants sanguins, collecte de précipités |
| Grande vitesse | Jusqu'à ~25 000 tr/min | Isolement d'organites (mitochondries, noyaux), séparation de grands virus |
| Ultracentrifugeuse | > 100 000 tr/min (>500 000 x g) | Purification de virus, plasmides, protéines et acides nucléiques (préparative) ; analyse des propriétés moléculaires (analytique) |
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