概論
密度梯度分離在速率一區帶離心中混合樣品的以很薄的一層鋪在梯度液的上部,在離心過程中由於不同組份"顆粒"在梯度液中沉降速率的差別,而在離心的某一時刻形成了數個含左第一級份顆粒的"區帶"。離心過程在最垂"的樣品(或者說沉降得最快的樣品)形成沉殿前就停止了。樣品在離心後與梯度液一起收集,用常規技術去除梯度材料後就得了某個較純的成份。每個單一組份的沉降速率取決於它們的形狀、尺寸、密度、離心力的大小、梯度液的密度和粘性係數。
對於相類似的生物體組份常常形狀也相似。在速率區帶離心中我們常常使梯度液的最大密度不超過樣品在該梯度中浮密度。利用這類生物組份在尺寸上的差異的形成的沉降速率的不同,選擇某一特定時刻,當它們中的各個純樣品區帶之間的距離拉得最遠時停止離心即可以達到分離目的。
與速率一區帶離心法不同的是,等密度離心是依賴於樣品顆粒的不同密度來進行離心分離的。混合樣品可以鋪在梯度液之上,也可以置於梯度液之下,甚至和梯度液混在一起。最後一種方法依靠離心力來形成梯度(自形成梯度)在形成梯度的過程中由於樣品各單一成份向它們自己的等密度區靠擾即達到了分離純化的目的。對於速率一區帶離心,梯度液最大密度一般小於樣品中各組份的密度,也就是說是在樣品正在沉降過程中的不是在形成沉殿後來分離樣品；而等密度離心法中,梯度液的初始最大密度常常超過樣品各組份的密度,利用每個單一組份沉降或上浮到它們各自的等密度區來達到分離的目的。
密度梯度離心法的理論依據是每種純樣品成份在梯度液中的沉降速度可以表達為：
V=d2÷18×(σ-s)÷η×ω2r
式中V是某一時刻樣品的沉降速度(厘米/秒)
d：樣品顆粒的直徑(厘米),我們在初步計算時就假說樣品顆粒為球體。非球形顆粒樣品,可以以上式為基礎進行修正。
σ：樣品顆粒的密度(克/厘米3)
s：密度梯度液的密度(克/厘米3)
η：密度梯度液的粘性係數(克/厘米·秒)
ω：離心機重軸的旋轉角速度(1/秒),ω=2πN÷60,N：轉/分
r：顆粒所在位置與旋轉軸心之間的距離,即離心半徑(厘米)
當
σ>S時V>0即樣品順離心力方向沉降
σ〈S時V〈0即樣品逆離心力方向上浮
σ=S時V=0即樣品停止沉降或上浮,"穩定"在這一位置
用這個公式可以很好地解釋在速率一區帶離心法或等密度離心法中單一樣品的沉降(或上浮)行為。
梯度型式選擇
離心時,溶液中各種組份都同時處在離心聲中,被分離的組份及梯度材料的分子都在離心力作用下向離心管底部(甩平、角式)或外壁(垂直管、近垂直管、區帶轉頭、連續流轉頭)沉降。對於梯度材料,如果它們的沉降速度在離心初始階段遠大於濃度擴散速度,那么就可以形成連續的密度梯度。這就是"自形成梯度"產生的基本原理。我們可以把被分離樣品和梯度材料混合在一起離心,梯度材料去離心過程中形成密度梯度,而樣品中不同組份則沉降(或上浮)到它們自己的等密度區。
另一種方法是預先製備好密度梯度,將樣品鋪在離心管(或區帶轉頭)的某一部份(如離心管上部,下部或中部),離心,使樣品中各種組份沉降(或上浮)到它們自己的等密度區前後,從而達到了我們所需要的"平衡"結果。
預先形成梯度可以是不連續的(階梯型),也可以是連續梯度。階梯型不連續梯度大多適用於從植物或動物組織的勻漿中分離整細胞或亞細胞器,或用於某些病毒的純化。而連續梯度由於共密度平滑地變化,對於某些生物樣品的多種成份組合的分離可以得到較低市制解析度而得到了廣泛的套用。
