Centrifugación: qué es, como funciona, para qué sirve, métodos, ejemplos
¿Qué es la centrifugación?
La centrifugación es una técnica de separación de mezclas que se basa en la diferencia de densidad de los distintos componentes. Se utiliza principalmente para separar mezclas heterogéneas en las que al menos una de las fases es líquida.
La técnica consiste en hacer girar la muestra a alta velocidad dentro de un tubo de ensayo u otro más resistente. La rotación y la inercia crean una fuerza ficticia dentro del tubo que se denomina fuerza centrífuga, y es la que le da el nombre a la técnica.
La fuerza centrífuga es una fuerza radial que apunta siempre en dirección contraria al centro de rotación. Esta fuerza actúa sobre todas las partículas que conforman la mezcla, halándolas hacia afuera de manera similar a como el peso hala a todas las sustancias hacia el centro de la Tierra.
¿Para qué sirve la centrifugación?
Dependiendo de la velocidad de rotación y del radio, la fuerza centrífuga puede ser de cientos a millones de veces más fuerte que la gravedad. Esto permite separar partículas y sustancias cuyas densidades son muy similares.
Uno de los campos en los que esto resulta más útil es en la biología y en la medicina, ya que tanto las células enteras como sus distintos componentes son mezclas heterogéneas formadas por distintas partículas con densidades casi idénticas y que se diferencian por su velocidad de sedimentación.
Además, la centrifugación también permite separar los componentes de mezclas aparentemente homogéneas, tales como suspensiones estables.
Distintos métodos de centrifugación
Dependiendo de la aplicación particular, de la velocidad de rotación y de la clase de centrífuga utilizada, podemos distinguir 4 tipos de centrifugación:
Centrifugación diferencial
Este es el método más simple de centrifugación. Consiste en aprovechar la diferencia de velocidad de sedimentación de las distintas partículas que componen una mezcla.
En la mezcla original, las partículas se encuentran distribuidas de manera uniforme en todo el volumen. Pero al comenzar la centrifugación, comenzarán a desplazarse en la dirección de la fuerza centrífuga.
Las partículas que tengan el mismo coeficiente de sedimentación sedimentan juntas, quedando en el fondo del tubo de ensayo las partículas que sedimentan más rápido. Esta técnica se suele utilizar como una primera separación, previa al uso de otras técnicas de centrifugación más avanzadas.
Centrifugación isopícnica
La centrifugación isopícnica es una técnica de centrifugación utilizada para separar partículas o moléculas en una mezcla basada en las diferencias de densidad. De hecho, el término isopícnico significa, literalmente, “igual densidad”, y hace referencia al hecho de que, luego de la centrifugación, las partículas quedan agrupadas por tener valores iguales de densidad.
Para aplicar la centrifugación isopícnica, se añaden a la mezcla medios de distintas densidades antes de centrifugar. Solo las partículas que sean menos densas que el medio sedimentarán hacia el fondo del tubo de ensayo.
Centrifugación zonal
Es una técnica muy efectiva para separar los componentes de una mezcla basada tanto en sus densidades como en sus velocidades de sedimentación. La técnica consiste en colocar la mezcla encima de un medio preformado que posee un gradiente de densidad para luego centrifugar ambos componentes juntos.
Las partículas sedimentan hasta alcanzar la zona del gradiente que coincide con su densidad. De esta manera, se separan los componentes de la mezcla por zonas basadas en las diferencias de densidad.
Los gradientes de densidad se pueden formar de maneras distintas. La manera más sencilla es depositar capas sucesivas de disoluciones cada vez más diluidas de sacarosa, con lo que se obtiene un gradiente discontinuo.
También se pueden obtener gradientes continuos de sacarosa por medio de dispositivos formadores de gradientes, los cuales mezclan una solución de sacarosa concentrada y una diluida en proporciones variables a medida que se va llenando el tubo de ensayo.
Finalmente, para los casos de separación de ácidos nucleicos, el gradiente de densidad se prepara ultracentrifugando una solución concentrada de cloruro de cesio. Luego de un periodo de tiempo predeterminado, el CsCl se concentra en el fondo creando un gradiente continuo muy reproducible.
Ultracentrifugación
Se denomina ultracentrifugación a la técnica de centrifugación en la que se alcanzan velocidades de rotación de hasta 150.000 rpm, obteniéndose así fuerzas centrífugas de hasta 106 veces la fuerza de la gravedad (1 millón de gs).
La ultracentrifugación requiere centrífugas especiales fabricadas en acero muy resistente. Además, se suelen encerrar en cajones, también de acero, por si alguna pieza se rompe durante la operación.
En algunos casos, la cámara en la que funciona la centrífuga se evacúa (se le hace un vacío) para evitar el roce con el aire y alcanzar velocidades de rotación incluso mayores.
El proceso de centrifugado se suele monitorear utilizando interferómetros y luz UV. Esta técnica de centrifugación es común en los laboratorios de biología celular, ya que permite separar las estructuras subcelulares.
Ejemplos de centrifugación
Separación de ADN
La centrifugación es una de las técnicas más utilizadas para asilar y purificar muestras de ADN antes de llevar a cabo análisis posteriores como PCR. En estos casos se emplea la centrifugación isopícnica.
Análisis de sangre
La centrifugación es la manera más sencilla para separar la sangre en sus componentes principales, a saber, el plasma sanguíneo y la fracción celular en la que se encuentran los glóbulos rojos y blancos.
Además, la centrifugación isopícnica, usando un medio con una densidad intermedia, se suele emplear para separar los glóbulos rojos de los blancos y a estos del plasma con las plaquetas.
Centrifugación en la industria láctea
La leche es una suspensión estable de grasas y sólidos lácteos en agua. Estas grasas y sólidos lácteos forman la base para la elaboración de la mantequilla, los cuales se separan en forma de una nata por medio de la centrifugación.
Separación y aislamiento de enzimas
Muchas enzimas y proteínas utilizadas en la industria farmacéutica, las sintetizan microorganismos especializados alterados genéticamente. Una vez sintetizadas, estas enzimas se separan rompiendo las células de los microorganismos que las produjeron y centrifugando la mezcla resultante.
Referencias
- Biomodel (s/f). Centrifugación. Tomado de biomodel.uah.es.
- Brajovic, F. (2020). Centrifugación: Métodos y usos prácticos en laboratorio. Tomado de cromtek.cl.
- Enciclopedia Concepto (s/f). Centrifugación – Concepto, tipos, ejemplos y características. Tomado de concepto.de.
- Métodos de Separación de Mezclas (2020). Centrifugación. Tomado de metodosdeseparaciondemezclas.win.