雖然實驗室離心機天天用,比如這離心機是誰發(fā)明啊,什么時候發(fā)明的呀,開始是什么樣子滴,開始發(fā)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(zhì)。牛奶廠需要一種能快速分離出奶油的設(shè)備。
牛頓力學(xué)告訴我們,只要你把牛奶放進一個大桶,把桶快速旋轉(zhuǎn)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(xué)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(jù)小安東寧的構(gòu)想,幾經(jīng)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?,F(xiàn)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(zhuǎn),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(xué)家的眼光。
瑞士醫(yī)生和生物學(xué)家弗雷德里希(Friedrich Miescher)最早使用離心機系統(tǒng)用于生物學(xué)研究。他在1869年從白細(xì)胞的細(xì)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(zhǔn)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(xué)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(zhì)粒的你。
以前生物學(xué)家研究細(xì)胞,最多也就是顯微鏡看,染個色,面對細(xì)胞里面的花花世界“只能看,摸不著"。但是“破碎細(xì)胞+離心機分離"的方法可以從細(xì)胞中分離出來各種各樣的組分,極大的促進了生物學(xué)的發(fā)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(zhuǎn)動!不過別小瞧這群生物學(xué)家的麒麟臂,手搖離心機最高轉(zhuǎn)速度竟然高達3000 rpm(也就是一秒就能轉(zhuǎn)50圈!)。
1912年,隨著第二次工業(yè)革命推進電氣化,出現(xiàn)了電動機驅(qū)動的離心機。1925年,瑞典化學(xué)家西奧多·斯文伯格(Theodor Svenberg)發(fā)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(chǎn)了第一臺商用超速離心機。1962年,艾本德離心機Eppendorf公司開發(fā)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(fēng)扇,使用的是帶刻度盤的機械計時開關(guān)來控制離心時間,計時并不精確。
1976年,德國的Hettich公司發(fā)明了第一臺微處理器控制的離心機ROTO MAGNA K4S,實現(xiàn)了離心時間的精準(zhǔn)控制。這項技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)于時代,并將在接下來的幾十年中成為離心機的標(biāo)配。這時候的微量離心機已經(jīng)和現(xiàn)在實驗室的離心機很接近了。后續(xù)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(xiàn)在用的離心機的樣子(見下圖)。
伴隨著離心機的發(fā)展,生物學(xué)也取得了一系列的突破。1926年西奧多·斯文伯格因為發(fā)明的超速離心機能確定復(fù)雜蛋白質(zhì)和病毒的分子量和亞基結(jié)構(gòu),獲得了當(dāng)年諾獎。1930年代,比利時醫(yī)生和細(xì)胞生物學(xué)家阿爾伯特·克勞德(Albert Claude,1899.8.24-1983.5.22)發(fā)現(xiàn)破壞細(xì)胞膜釋放細(xì)胞內(nèi)容物再過濾離心,就能分出細(xì)胞的不同組分。這個方法大大加快了細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)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(biāo)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(fù)制的,最后于2004年的拉斯克醫(yī)學(xué)科學(xué)特別成就獎。尾生
說回離心機的發(fā)明人普朗特兄弟吧,也許是因為鼓搗流動的牛奶有了家學(xué)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(xué)研究空氣的流體力學(xué)。路德維希帶博士收的關(guān)門弟子叫陸士嘉,回到中國創(chuàng)立了北京航空航天大學(xué);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(xué)森,郭永懷,胡寧,林家翹。