Máy xét nghiệm máu lắng, ly tâm

1. Tổng quan về máy ly tâm

Ly tâm là một quá trình tách hoặc cô đặc các phân tử có khối lượng riêng khác nhau dựa trên kích thước các hạt và mật độ khác nhau giữa pha lỏng và pha rắn. Do sự ảnh hưởng của trọng lực, hai phần tử có khối lượng khác nhau sẽ lắng ở những tốc độ tương đương với trọng lượng. Lực ly tâm được sử dụng để làm tăng tốc độ lắng trong thiết bị, đây được gọi là một quá trình ly tâm. 

Máy ly tâm là thiết bị y tế thực hiện quá trình phân ly dựa vào trường lực ly tâm, nhằm để tách hỗn hợp hai chất pha lỏng, lỏng hoặc rắn, lỏng thành các chất riêng biệt. Thiết bị được sử dụng nhiều trong lĩnh vực khoa học và kỹ thuật khác nhau. 

Lực ly tâm này sẽ tỉ lệ với tốc độ quay của roto với khoảng cách giữa tâm của roto và ống ly tâm. Do đó, trong một quá trình ly tâm, nhiều roto với kích thước khác nhau có thể được sử dụng. Mỗi máy ly tâm sẽ có một đồ thị đặc trưng hoặc một bảng thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quay và lực ly tâm tương ứng với mỗi loại roto nó được chấp nhận.

Ứng dụng của máy ly tâm dùng trong nhiều lĩnh vực như :

  - Tách các phân tử gây cháy, tách vi khuẩn.

  - Ly tâm trước khi lọc nhằm tăng năng suất máy, giảm thời gian, giảm hao phí trong sản xuất nước quả, dầu thực vật,…

  - Làm sạch, tách tạp chất trong sản xuất dầu ăn, tinh bột,... giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.

  - Khai thác, thu nhận sản phẩm từ hỗn hợp bao gồm các pha rắn và các dung dịch bao quanh nó như glucozo, mì chính,...

  - Thu enzyme sau thời gian nuôi cấy

  - Thu nhận chế phẩm enzyme sau khi kết tủa bằng cồn

  - Ly tâm để phân chia sản phẩm, ví dụ: tách sữa, bơ,...

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy ly tâm

Cấu tạo

Máy ly tâm có cấu tạo cơ bản bao gồm có 4 phần chính như sau: 

  - Phần quay: Gồm một động cơ có vận tốc cao, lực ly tâm lớn và hệ thống giảm rung, giảm chấn động, roto và adapter.

  - Phần điều khiển: Gồm một mạch điều khiển (mạch cơ bản hoặc mạch điều khiển PID) có thể giúp người dùng cài đặt được tốc độ và thời gian hẹn giờ ly tâm.

  - Hệ thống cảm biến: Cảm biến đóng cửa, cảm biến bất đối xứng, cảm biến quá tải, quá tải dòng, cảm biến roto.

  - Thùng máy: Là một buồng kín nhằm đảm bảo quá trình ly tâm được an toàn.

Nguyên lý hoạt động của máy ly tâm

Trong quá trình ly tâm lắng và lọc, nguyên liệu sẽ chuyển động quay cùng với roto của máy. Lực ly tâm sẽ làm cho các phần tử có khối lượng riêng khác nhau phân lớp theo hướng của gia tốc trọng lực. Thành phần của khối lượng riêng lớn nhất sẽ tập trung ở vùng xa tâm nhất, còn phần có khối lượng riêng nhỏ nhất sẽ tập trung ở tâm của roto. Mỗi máy ly tâm có một đồ thị đặc trưng hoặc một bảng thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quay và lực ly tâm ứng với mỗi loại roto nó được chấp nhận.

Nguyên lý hoạt động của máy ly tâm trong phòng xét nghiệm

Tùy vào cấu tạo bề mặt roto mà quá trình ly tâm tiến hành theo nguyên tắc lọc ly tâm hay lắng ly tâm. Do đó phân loại máy ly tâm cũng có hai loại máy ly tâm: máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc.

Máy có một roto quay với tốc độ lớn tạo ra lực ly tâm cao. Trong khi máy ly tâm hoạt động, nguyên liệu sẽ chuyển động quay cùng với rotor của máy. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các phần tử có khối lượng riêng khác nhau sẽ được phân lớp theo hướng của gia tốc trọng lực. Phần tử có khối lượng riêng nhỏ nhất sẽ tập trung ở tâm của rotor, ngược lại phần tử có khối lượng riêng lớn nhất sẽ tập trung ở vùng xa rotor nhất.

3. Phân loại máy ly tâm hiện nay

Phân loại theo công dụng của máy ly tâm

  - Máy ly tâm dùng để lọc các huyền phù mà pha phân tán gồm các hạt tinh thể hoặc để tách nước của các vật liệu rắn ngậm nước.

  - Máy lắng ly tâm dùng  để  phân  riêng  huyền  phù  khó  lọc  hoặc  để  lắng  trong huyền phù có nồng độ cao.

  - Máy lắng ly tâm dùng  để  phân  riêng  huyền  phù  khó  lọc  hoặc  để  lắng  trong huyền phù có nhiệt độ thấp.

  - Máy phân ly dùng để phân riêng nhũ tương.

Phân loại theo phương thức tổ chức quá trình

Theo phương thức tổ chức quá trình, máy ly tâm được chia làm 2 loại:

  - Máy ly tâm làm việc gián đoạn

  - Máy ly tâm làm việc liên tục.

Phân loại theo tốc độ quay

  - Máy ly tâm tốc độ thấp

   + Các máy này thường có tốc độ cỡ vài nghìn vòng/phút (n.1000rpm), được sử dụng trong lâm sàng để làm cô đọng hoặc tập trung một số nhỏ các chất, có thể lắng nhanh các hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu hoặc các tế bào nấm men (Yeast cells)...Mặc dù tốc độ quay không được điều chỉnh hoặc điều chỉnh trong phạm vi hẹp nhưng những máy này vẫn được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau mà không cần sử dụng những máy lớn hơn, phức tạp hơn.

  - Máy ly tâm tốc độ cao (High Speed centrifuges):

   + Các máy li tâm  tốc  độ  cao  là  các  máy  được  sử  dụng  ở  tốc  độ  tối đa từ 20.000 đến 25.000rpm. Các máy này chiếm một số lượng lớn, thường  chúng được trang bị thêm thiết bị làm lạnh buồng Rotor.

   + Máy chủ yếu dùng để thu gom các nấm men (yeast), hoặc vi khuẩn từ một môi trường lớn (5-500lít). ở các máy có dung tích nhỏ hơn, nó được sử dụng để thu lượm các vi khuẩn, các mảnh vỡ của tế bào, các tế bào, các bào quan lớn của tế bào, kết tủa Sulfate và các kết tủa miễn dịch và nhiệt độ buồng rotor được duy trì trong khoảng từ 0 đến 40C. Tuy nhiên các máy này không thể tạo nên các lực ly tâm đủ lớn để có thể làm kết lắng một cách có hiệu quả các virus,  các bào quan nhỏ như các Ribosome hoặc các phân tử riêng biệt.

  - Siêu ly tâm (Ultra centrifuge):

   + Sự phát triển của các máy siêu ly tâm với khả năng có thể đạt được lực ly tâm vượt quá 500.000g (75.000rpm, r = 8cm) đã mở ra các lĩnh vực hoàn toàn mới trong nghiên cứu hoá sinh học.

   + Nó cho phép tách riêng biệt các tế bào quan trong tế bào mà trước đó các bào quan này chỉ được quan sát bằng kính hiển vi điện tử (electron micrographs).

   + Điều này cũng cho phép định hướng các cấu tử enzym của các bào quan, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về những liên quan về cấu trúc và chức năng của chúng. Các virus cũng có thể được tách ở dạng tinh khiết, cho phép xác định một cách kĩ lưỡng bản chất của chúng.

Phân loại máy ly tâm theo cấu tạo rotor

  - Máy ly tâm góc có cấu tạo phù hợp cho kiểu rotor góc

  - Máy ly tâm giá treo phù hợp cho kiểu roto có các giá treo ống nghiệm

  - Máy ly tâm dùng rotor đĩa với các ống nghiệm mao dẫn

4. Một số lưu ý khi sử dụng máy ly tâm

  -  Dùng loại ống ly tâm có kích thước phù hợp với loại máy ly tâm. Ống ly tâm dung tích 1.5 ml được sử dụng khá phù hợp. Ngoài ra, bạn cũng có thể sử dụng thêm ống ly tâm 0.5 ml, tuy nhiên nếu dùng loại này, bạn cần thêm một ống trung gian. Nếu không dùng ống trung gian, ống mẫu sẽ bị vỡ.

  - Xem xét sự cân bằng của các ống trước khi ly tâm. Bạn không cần phải cân chính xác khối lượng các ống mà chỉ cần điều chỉnh mực dung dịch sao cho bằng nhau.

  - Khi đặt mẫu vào máy ly tâm, bạn cần đặt sao cho mẫu này đối trọng với mẫu khác để đảm bảo sự cân bằng. Nếu bạn chỉ có một mẫu, bạn có thể thêm nước vào các ống còn lại sao cho cân bằng.

  -  Khi sử dụng máy ly tâm, bạn cần đậy nắp rotor lại trước khi đóng nắp máy ly tâm.

  - Cuối cùng, cần kiểm tra các cài đặt trước khi cho máy vận hành, bao gồm thời gian và tốc độ, đặc biệt là với máy ly tâm tốc độ cao. Bạn phải chắc chắn tốc độ cài đặt phù hợp để không làm vỡ các ống.

Máy ly tâm phải đảm bảo được những yêu cầu chất lượng sau:

  - Không chế được thời gian làm việc của máy

  - Có bộ phận đo lường và mạch chỉ thị hiển thị được trạng thái làm việc của máy

  - Vận hành êm ái, không bị rung

  - Có thể hãm được môtơ quay khi cần thiết

5. Một số thương hiệu máy ly tâm hiện nay

Tùy vào từng dòng máy ly tâm khác nhau mà xuất xứ, công năng của thiết bị cũng khác nhau. Một số thương hiệu máy ly tâm được sử dụng rộng rãi, phổ biến hiện nay như: Hermle - Đức, Terumo - Mỹ, Dlab - Trung Quốc, Gemmy - Đài Loan,...