Historia wirówek laboratoryjnych – od prostych urządzeń do nowoczesnych modeli

Wirówki laboratoryjne to jedne z najważniejszych urządzeń stosowanych w laboratoriach badawczych, diagnostycznych i przemysłowych. Umożliwiają szybkie i precyzyjne rozdzielanie próbek o różnej gęstości, dzięki czemu są niezastąpione w biologii molekularnej, medycynie, farmacji czy przemyśle spożywczym. Współczesne ultrawirówki i mikrowirówki oferują zaawansowane funkcje, a ich historia sięga kilkuset lat wstecz i pokazuje, jak ogromny wpływ miały na rozwój nauki.

Początki wirówek laboratoryjnych – odkrycie siły odśrodkowej

Historia wirówek zaczyna się w 1659 roku, kiedy holenderski matematyk i naukowiec Christiaan Huygens opisał pojęcie siły odśrodkowej. To odkrycie stworzyło fundamenty dla dalszych badań nad separacją próbek. Dopiero 200 lat później, w 1864 roku, niemiecki mistrz piwowarski  Antonin Prandtl skonstruował wirówkę mleczarską, która przyspieszała proces oddzielania śmietanki od mleka. Było to pierwsze praktyczne zastosowanie siły odśrodkowej i stanowiło fundament dla przyszłych innowacji.

Pierwsze zastosowania wirówek w laboratoriach biologicznych

W 1869 roku, szwajcarski lekarz i biolog Friedrich Miescher, wykorzystał siłę odśrodkową, aby uzyskać z komórek coś co nazwał „nukleiną” - obecnie znaną jako DNA. Użył prostego systemu wirowania do izolacji organelli komórkowych. Proces ten doprowadził do odkrycia nowej, ważnej klasy składników biologicznych, nazwanych później kwasami nukleinowymi. Był to moment przełomowy w naukach biologicznych.

Kolejnym przełomem było opracowanie w 1879 roku przez Gustafa de Lavala pierwszego separatora odśrodkowego działającego w sposób ciągły, co otworzyło drogę do komercjalizacji tej technologii.

Rozwój ultrawirówek – przełom w badaniach biologicznych XX wieku

Największy skok technologiczny nastąpił w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku. W 1925 roku, szwedzki chemik Theodor Svedberg, opracował ultrawirówkę osiągającą 900 000 g, dzięki której możliwe było badanie masy cząsteczkowej i struktury podjednostki bardzo złożonych białek, takich jak hemoglobina. Odkrycia Svedberga przyniosły mu Nagrodę Nobla i zapoczątkowały nową erę badań molekularnych.

Ultrawirówka Svedberga była jednak zasadniczo instrumentem analitycznym, zaprojektowanym specjalnie do dokładnego rejestrowania granic sedymentacji. Przekształcenie go do procesów preparatywnych byłoby niemożliwe z  prostego powodu, że jego oś wirnika była pozioma. Przejście od tych instrumentów analitycznych do nowoczesnych ultrawirówek preparatywnych nastąpiło dzięki staraniom francuskiego fizyka Emile'a Henriota, który był w stanie osiągnąć bardzo wysokie prędkości obrotowe za pomocą bezłożyskowej głowicy napędzanej i wspomaganej sprężonym powietrzem.

W 1930 roku, belgijski lekarz i biolog komórkowy Albert Claude, odkrył proces frakcjonowania komórek, w którym wirowanie stanowi niezbędny etap. W tym samym czasie Jesse Beams, amerykański fizyk z University of Virginia, pracował nad ultrawirówkami wysokopróżniowymi, aby osiągnąć jeszcze wyższe prędkości niż ultrawirówka Svedberga. Jego badania opierały się na zasadach magnetyzmu.

Lata pięćdziesiąte były pełne przełomowych wynalazków specjalizujących się w nowych technikach wirówek.

Komercjalizacja i innowacje w drugiej połowie XX wieku

Po II wojnie światowej wirówki zaczęły dynamicznie wkraczać do laboratoriów badawczych i przemysłowych.

• W 1949 roku firma Spinco wprowadziła na rynek wprowadziła pierwszą komercyjną ultrawirówkę preparatywną Model L, która mogła obracać się do 40 000 obr/min. Kilka lat później firma Spinco została przejęta przez Beckman Instruments, które rozszerzyło ofertę o kolejne rozwiązania.
• W 1962 roku Netheler & Hinz Medizintechnik, firma z siedzibą w Hamburgu w Niemczech, (znana dziś jako Eppendorf) opracowała pierwszą mikrowirówkę do użytku laboratoryjnego. Ten system mikrolitrowy (model 3200) został wprowadzony do użytku w rutynowych laboratoriach analitycznych w skali mikrolitrowej i oferował tylko jedno pokrętło do kontrolowania czasu wirowania. System Microliter był podstawą szerokiej gamy narzędzi dla laboratorium molekularnego, które zostały następnie opracowane przez różne firmy biotechnologiczne i laboratoryjne.
• W 1964 roku firma Eppendorf zaprezentowała pierwszą mikrowirówkę do użytku laboratoryjnego - Centrifuge 3200, rewolucjonizując w ten sposób globalne badania w dziedzinie nauk przyrodniczych.
• W 1976 roku firma Hettich zaprezentowała innowację w świecie wirówek – pierwszą wirówkę sterowaną mikroprocesorem, wyznaczając nowy standard technologiczny.

W latach 80. i 90. rynek wirówek laboratoryjnych rozwijał się błyskawicznie. Pojawiły się modele kompaktowe, ciche, chłodzone oraz sterowane komputerowo.

Beckman wprowadził na rynek wysokowydajną wirówkę Avanti, która stała się jednym z najpopularniejszych modeli wirówek w historii. 

W 1989 roku, firma Eppendorf wprowadził na rynek legendarną wirówkę 5415C, która była najmniejszą i najcichszą mikrowirówką z chłodzeniem na rynku. W tym samym roku Eppendorf wprowadził na rynek MiniSpin i MiniSpin Plus, znane jako wirówki osobiste - nową erę na rynku wirówek.

Nowoczesne wirówki laboratoryjne

Dzisiejsze nowoczesne wirówki laboratoryjne to urządzenia o wysokiej precyzji i wydajności, oferujące szeroki zakres funkcji:

• systemy chłodzenia – umożliwiają utrzymanie próbek w niskiej temperaturze i regulację temperatury od -20°C do 40°C,
• systemy próżniowe – pomagają zmniejszyć tarcie i utrzymać kontrolę temperatury,
• automatyczne wykrywanie niewyważenia – zapewnia niezawodne działanie i bezpieczeństwo operatora,
• mechanizmy zabezpieczające przed przeciążeniem,
• automatyczna blokada pokrywy – zwiększa bezpieczeństwo operatora, chroniąc go przed potencjalnymi urazami,
• wymienne wirniki – wielofunkcyjność i możliwość dostosowania do własnych potrzeb,
• programowanie parametrów pracy – dokładna kontrola nad procesem wirowania,
• integracja z systemami komputerowymi.

Dzięki tym rozwiązaniom wirówki laboratoryjne są dziś podstawowym narzędziem w badaniach DNA, izolacji białek, diagnostyce medycznej oraz produkcji farmaceutycznej i spożywczej.

Podsumowanie

Historia wirówek laboratoryjnych pokazuje, jak od prostych urządzeń mleczarskich doszliśmy do ultrawirówek sterowanych mikroprocesorami i komputerami. W dzisiejszych czasach klienci mogą wybierać z szerokiej gamy wirówek stołowych, stojących i ultrawirówek przeznaczonych do pracy, zarówno badawczej, diagnostycznej, jak i produkcyjnej. Ich rozwój był możliwy dzięki połączeniu osiągnięć fizyki, chemii i inżynierii. Dziś wirówki laboratoryjne pozostają niezastąpionym elementem pracy naukowców i technologów, a innowacje w tej dziedzinie nadal przyspieszają tempo odkryć w naukach przyrodniczych i medycynie.