生物工程是一門新型的跨學科技術,它涉及范圍十分廣泛,科學家通常把基因工程、細胞工程、酶工程和發(fā)酵工程,看成是構成生物工程的4大生物技術。
基因工程主要指基因重組技術。它是根據(jù)生物遺傳規(guī)律,使用類似工程設計的方法,在體外利用限制性內(nèi)切酶把來自不同生物的遺傳基因進行“拼接”,使之重新組合。然后通過基因轉(zhuǎn)移載體如質(zhì)粒或病毒等,把重組基因轉(zhuǎn)入受體細胞,進行無性繁殖,并使新的基因在受體細胞內(nèi)表達,從而生產(chǎn)出人類需要的物質(zhì)或創(chuàng)造出新的生命類型與生物品種來。
細胞工程是指應用現(xiàn)代細胞生物學、發(fā)育生物學、遺傳學和分子生物學的理論與方法,按照人們的需要和設計,在細胞水平上的遺傳操作,重組細胞結(jié)構和內(nèi)含物,以改變生物的結(jié)構和功能,即通過細胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養(yǎng)等方法,快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要的新物種的生物工程技術。
細胞工程與基因工程一起代表著生物技術的發(fā)展前沿,伴隨著試管植物、試管動物、轉(zhuǎn)基因生物反應器等相繼問世,細胞工程在生命科學、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品、環(huán)境保護等領域發(fā)揮著越來越重要的作用。
基因工程和細胞工程相關科研實驗中,經(jīng)常需要分離核酸、蛋白質(zhì)、核糖體亞基及其它成分;在疾病預防及控制領域,經(jīng)常需要純化病毒,諸如此類的實驗離不開使用密度梯度離心(density gradient centrifugation)。
密度梯度離心是用一定的介質(zhì)在離心管內(nèi)形成一連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度,將細胞混懸液或勻漿置于介質(zhì)的頂部,通過重力或離心力場的作用使細胞分層、分離。這類分離又可分為速度沉降和等密度沉降平衡兩種。密度梯度離心常用的介質(zhì)為氯化銫,蔗糖和多聚蔗糖。
差速區(qū)帶離心法:此法與顆粒的密度無關,大小相同,密度不同的顆粒(如線粒體,溶酶體等)不能用此法分離,僅用于分離有一定沉降系數(shù)差的顆粒(20% 的沉降系數(shù)差或更少)或分子量相差3倍的蛋白質(zhì), 等密度區(qū)帶離心法。
梯度介質(zhì)通常用蔗糖溶液,其大折射率(密度)和濃度可達1.44193(密度1.28g/cm3)和 60%。
等密度離心法:它的分離效率取決于樣品顆粒的浮力密度差,密度差越大,分離效果越好,與顆粒大小和形狀無關,但大小和形狀決定著達到平衡的速度、時間和區(qū)帶寬度。
梯度介質(zhì)通常為氯化銫CSCl,其大折射率(密度)和濃度可達1.39943(密度1.699g/cm3)和 56%。此法可分離核酸、亞細胞器等,也可以分離復合蛋白質(zhì),但簡單蛋白質(zhì)不適用。
無論是使用蔗糖溶液,氯化銫溶液還是其它作為梯度介質(zhì),其預制以及離心分離后目標物質(zhì)的確認都離不開折射率或者濃度的測量。同時,用于分離的樣品量通常都很小,而且目標物質(zhì)層還需要收集供下一步實驗。這就要求檢測該折射率或濃度時,所需的樣品量也是越少越好。
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