🌀 Centrífuga

La centrifugación diferencial usa aumentos secuenciales de fuerza centrífuga para sedimentar partículas progresivamente más pequeñas: núcleos a ~600 × g, mitocondrias a ~10.000 × g, microsomas a ~100.000 × g. La centrifugación con gradiente de densidad coloca la muestra encima de un gradiente continuo o escalonado de un soluto denso (sacarosa o CsCl) y centrifuga hasta que las partículas migran a la posición donde su densidad coincide con la del fluido circundante (isopícnica) o donde la velocidad dependiente del tamaño las detiene (zonal por velocidad). Los métodos de gradiente de densidad se usan para purificar virus, ADN y complejos proteicos.

Las ultracentrífugas operan a 150.000–800.000 × g (hasta ~100.000 RPM) y pueden separar macromoléculas solo por tamaño. La ultracentrífuga analítica, inventada por Theodor Svedberg en la década de 1920, monitorea la migración de las moléculas en tiempo real mediante detección óptica, permitiendo calcular el peso molecular y la forma. Los coeficientes de sedimentación se expresan en unidades Svedberg (S): el ribosoma bacteriano 70S comprende una subunidad grande 50S y una subunidad pequeña 30S (las unidades no son aditivas porque la forma también importa).

El uranio natural contiene solo un 0,7% del isótopo fisionable ²³⁵U; los reactores nucleares requieren un enriquecimiento del 3–5% y el material apto para armas requiere más del 90%. Las centrífugas de gas hacen girar el gas hexafluoruro de uranio (UF₆) a ~50.000 RPM; las moléculas más pesadas de ²³⁸U migran hacia afuera mientras el ²³⁵U se acumula cerca del eje. Cada centrífuga individual logra un factor de separación de solo ~1,3 por etapa, por lo que se necesitan cientos de máquinas en cascada. Las cascadas de centrífugas de gas son mucho más eficientes energéticamente que las antiguas plantas de difusión gaseosa.

El coeficiente de sedimentación s es la razón entre la velocidad de sedimentación de una partícula y la aceleración centrífuga: s = v / (ω²R). Tiene unidades de segundos, pero las macromoléculas biológicas típicas tienen valores de 10⁻¹³ s, por lo que la unidad Svedberg (S) se define como 10⁻¹³ s. Puntos de referencia comunes: los nucleosomas de ADN son ~11S, el proteasoma 20S es ~20S, y los ribosomas mitocondriales son ~55S. Los valores Svedberg se ven afectados tanto por la masa molecular como por la forma — las moléculas alargadas sedimentan más lentamente que las esferas compactas de la misma masa.

El tiempo t para sedimentar una partícula desde la parte superior hasta el fondo de un tubo es aproximadamente t = ln(r_fondo / r_superior) / (s × ω²), donde r_fondo y r_superior son las distancias radiales del fondo del tubo y el menisco desde el eje del rotor, s es el coeficiente de sedimentación, y ω es la velocidad angular en rad/s. En la práctica, tablas o calculadoras en línea traducen esta fórmula a "funciona a X × g durante Y minutos para sedimentar partículas mayores de Z nm", considerando la geometría del rotor. Los tiempos de sedimentación escalan inversamente con el RCF — duplicar la velocidad reduce aproximadamente a la mitad el tiempo.

Un fallo catastrófico del rotor debido a desequilibrio, fatiga del metal o rotura del tubo puede liberar energía equivalente a una explosión; los rotores están encerrados en cámaras blindadas gruesas diseñadas para contener los restos. Los requisitos estrictos de equilibrio (típicamente dentro de 0,1 g de diferencia entre tubos opuestos) evitan oscilaciones de resonancia que someten a esfuerzo los rodamientos. Las muestras biológicas requieren contención dentro de rotores sellados o tubos herméticos a aerosoles, y los giros deben realizarse en gabinetes con clasificación de bioseguridad cuando se procesa material infeccioso para evitar la liberación de aerosoles.

En la centrifugación isopícnica, la muestra se mezcla en un soluto denso como el cloruro de cesio (CsCl) y se centrifuga durante muchas horas hasta que el propio soluto forma un gradiente de densidad y cada partícula migra a su punto de equilibrio exacto de densidad de flotación. Esta técnica se usó en el experimento de Meselson-Stahl de 1958 para demostrar la replicación semiconservativa del ADN, resolviendo el ADN-¹⁴N del ADN-¹⁵N (una diferencia de solo ~0,014 g/mL) en gradientes de CsCl a 140.000 × g.