雖然實驗室離心機天天用,比如這離心機是誰發明啊,什么時候發明的呀,開始是什么樣子滴,開始發明出來是干什么的呀?
離心機起源
說到離心機還得從牛奶說起。牛奶里有豐富的脂肪,脂肪以小液滴的形式分散在牛奶之中形成的乳濁液。將牛奶靜置,其中的脂肪上浮就是奶油。對于牛奶加工廠而言,時間就是金錢,牛奶長期靜置分層一來浪費時間,二來很容易變質。牛奶廠需要一種能快速分離出奶油的設備。
牛頓力學告訴我們,只要你把牛奶放進一個大桶,把桶快速旋轉起來,密度大的“脫脂牛奶"會被快速甩到四周貼緊筒壁,密度小的奶油會留在桶中心,這時候只需在桶中間捅個窟窿,嘩啦啦流出來的就是奶油啦。
早在1864年,22歲的德國青年小安東寧·普朗特(Antonin Prandtl jnr. ,1795-1892)也想到了,但是因為正在上學并且沒錢實踐,這個想法一直沒辦法實驗。好在他的二哥亞歷山大·普朗特(Alexander Prandtl)小有家資,根據小安東寧的構想,幾經實驗真的把奶油分離器做了出來還有了重大改進。
1875年,亞歷山大帶著自己的牛奶分離器參加了德國法蘭克福的世界博覽會。現場人頭攢動觀者如堵,但沒有人意識到自己正在見證歷史。
即使是一堆混雜在一起的混合物,只要放進離心機這么一轉,大的小的輕的重的就能分散開,這種分離出不同組份的特性自然也吸引了世界上聰明的那群人——科學家的眼光。
瑞士醫生和生物學家弗雷德里希(Friedrich Miescher)最早使用離心機系統用于生物學研究。他在1869年從白細胞的細胞核中分離出一種富含磷酸鹽的沉淀,他撓了撓頭,隨意地起了個名字叫“核素"。后來我們知道,所謂的“核素"其實是DNA (準確來說還裹挾了很多核蛋白)。這個最早使用離心機的生物學家也成為第一個提取DNA的人。所以說啊,用離心機提DNA那就是生物狗的宿命,你說是吧?沒日沒夜提質粒的你。
以前生物學家研究細胞,最多也就是顯微鏡看,染個色,面對細胞里面的花花世界“只能看,摸不著"。但是“破碎細胞+離心機分離"的方法可以從細胞中分離出來各種各樣的組分,極大的促進了生物學的發展。只不過那時候的離心機嘛,長得也比較老古董,而且靠的是人力轉動!不過別小瞧這群生物學家的麒麟臂,手搖離心機最高轉速度竟然高達3000 rpm(也就是一秒就能轉50圈!)。
1912年,隨著第二次工業革命推進電氣化,出現了電動機驅動的離心機。1925年,瑞典化學家西奧多·斯文伯格(Theodor Svenberg)發明了第一臺超速離心機,相對離心力可達到900,000 g。1940年,SPINCO(后來被Beckman收購)生產了第一臺商用超速離心機。1962年,艾本德離心機Eppendorf公司開發用于實驗室的微型離心機(3200型)并立刻受到各個實驗室追捧。只不過那時候的離心機就像你家的電風扇,使用的是帶刻度盤的機械計時開關來控制離心時間,計時并不精確。
1976年,德國的Hettich公司發明了第一臺微處理器控制的離心機ROTO MAGNA K4S,實現了離心時間的精準控制。這項技術遠遠于時代,并將在接下來的幾十年中成為離心機的標配。這時候的微量離心機已經和現在實驗室的離心機很接近了。后續各個公司對實驗室離心機不斷改進,加入了電腦控制、慢速停止、液晶顯示屏、制冷……逐步變成了我們現在用的離心機的樣子(見下圖)。
1926年西奧多·斯文伯格因為發明的超速離心機能確定復雜蛋白質和病毒的分子量和亞基結構,獲得了當年諾獎。1930年代,比利時醫生和細胞生物學家阿爾伯特·克勞德(Albert Claude,1899.8.24-1983.5.22)發現破壞細胞膜釋放細胞內容物再過濾離心,就能分出細胞的不同組分。這個方法大大加快了細胞內結構的研究,并獲得了1974年的諾獎。1958 年,Matthew Meselson和 Franklin Stahl使用氮同位素標記了跨代大腸桿菌的DNA,并使用密度梯度離心表明DNA是半保守復制的,最后于2004年的拉斯克醫學科學特別成就獎。尾生
說回離心機的發明人普朗特兄弟吧,也許是因為鼓搗流動的牛奶有了家學淵源,安東尼·普朗特后來生了個孫子叫路德維希·普朗特(Ludwig Prandtl)專門在哥廷根大學研究空氣的流體力學。路德維希帶博士收的關門弟子叫陸士嘉,回到中國創立了北京航空航天大學;路德維希收了另一個博士叫西奧多·馮·卡門(Theodore von Kármán),馮·卡門又收了幾個“小有名氣"的博士:錢學森,郭永懷,胡寧,林家翹。