离心技术
离心技术的操作方法
离心技术的操作方法离心技术是一种将混合物中的各种成分分离的物理分离方法。
它是利用离心力的作用，使高密度的组分沉积到离心管底部，而低密度的组分则上浮到离心管顶部，从而实现它们之间的分离。
离心技术在化学、生物、医学等领域中得到广泛应用，具有操作简便、分离效果好等优点。
以下是离心技术的操作方法：首先，准备好实验所需的离心机和离心管。
离心机是用来提供离心力的设备，而离心管则是用来装载混合物的容器。
然后，将混合物均匀地倒入离心管中。
为了保证混合物均匀，可以轻轻摇晃离心管或使用移液管将混合物抽取到离心管中。
接下来，将装有混合物的离心管放入离心机的离心盘中。
离心盘是用来固定离心管的部分，离心机启动时会旋转离心盘，从而产生离心力。
然后，根据分离物性质的不同，选择合适的离心参数。
离心参数包括离心时间、离心力等。
离心时间是指离心机运转的时间，它根据混合物的组成和离心力的大小来确定。
离心力是指离心机产生的离心力的大小，它与离心机的转速和离心半径有关。
根据需要，可以调整离心时间和离心力来达到最佳的分离效果。
然后，启动离心机，让其旋转。
离心机开始旋转后，产生的离心力会使离心管中的混合物发生分离。
高密度的组分会沉积到离心管底部，而低密度的组分则上浮到离心管顶部。
最后，当离心机停止旋转后，离心管中的分离物便会形成分层。
根据需要，可以使用移液管将所需的分离物转移到另一个容器中。
对于离心管顶部的上清液，可以小心地利用移液管将其吸取出来。
对于离心管底部的沉淀，可以倾斜离心管，将其中的液体小心地倒掉，然后将沉淀用移液管转移到另一个容器中。
此外，还需要注意一些操作细节。
例如，在装载混合物时，应注意离心管的容量，不要超过其容积的限制。
在调整离心参数时，应选择适当的离心时间和离心力，避免过分离或不完全分离。
在启动离心机后，应注意观察离心机的运转情况，确保其稳定运转。
总之，离心技术是一种常用的物理分离方法，通过利用离心力使混合物中不同密度的组分分离。
离心技术的原理
离心技术的原理离心技术是一种在分子生物学、化学和其他领域广泛应用的分离技术。
它的原理是利用离心力使物质在液体中分层，从而分离出不同密度的物质。
下面将分步骤介绍离心技术的原理。
第一步：样品制备在离心技术中，首先需要制备好样品，样品通常是混合物，其中包含需要分离的两种物质。
样品可以是液体、气体或悬浮物。
第二步：选择离心机和离心管选择适合的离心机和离心管也是十分重要的。
离心机通常有两种类型：传统离心机和流式离心机。
传统离心机旋转速度通常在1000-20000g之间，主要用于离心小样品；而流式离心机旋转速度可以达到100000g 以上，主要用于大样品的分离。
离心管的材质也需要进行选择，常见的材质有聚丙烯、玻璃、石英等，材质的选择要根据需要进行特定的应用。
第三步：加载样品将样品转移到离心管中，注意不要使管子超过标记线。
加载样品之前，应该洗净离心管，以免影响离心结果。
第四步：定义离心参数为了得到最佳的分离效果，需要定义离心参数，并且不同的离心参数会影响到分离过程中的离心力、转速和时间。
定义好离心参数之后需将离心管放在离心机中，并运行到定义的参数。
第五步：分离物分层并分离样品在加速时，由于离心力与中心轴线距离不同，将会分层，分离出不同密度的物质。
离心结束后，均匀提取样品，分离物质。
总之，离心技术是在科学研究中广泛使用的一种分离技术。
其原理是通过离心力使不同密度的物质在液体中分层，从而达到分离不同物质的目的。
正确选用离心机和离心管、加载样品并定义离心参数是成功进行离心实验的关键。
离心技术
五、离心机使用注意事项 使用前应将负荷平衡， 1. 使用前应将负荷平衡 ， 重量误差越小 越好 严禁空转， 2. 严禁空转，启动时转速由低至高逐步 调节，严格高速启动。 调节，严格高速启动。 选择合适的转头，控制转速。 3. 选择合适的转头，控制转速。 保护转头，防止碰撞、擦伤、 4. 保护转头，防止碰撞、擦伤、防止异 污垢进入、用毕立即清洁。 物、污垢进入、用毕立即清洁。 低温离心样品时, 5. 低温离心样品时 , 先将空转头预冷一 定时间。温度± 定时间。温度±0℃。 发现异常如噪声，应立即停机检查。 6. 发现异常如噪声，应立即停机检查。 离心机结构及使用方法——实习 六、离心机结构及使用方法 实习 离心机的应用——自学 七、离心机的应用 自学
2、离心机的分类 ：按离心机应用范围分为四类： 、 离心机的分类：按离心机应用范围分为四类： 普通离心机、专用离心机、制备离心机和分析用离心机， 普通离心机、专用离心机、制备离心机和分析用离心机， 按离心速度即离心机转速分为： 按离心速度即离心机转速分为： 普通离心机：转速小于5000转/min，在室温下运 ① 普通离心机：转速小于 转 ， 主要用于红细胞，微生物细胞，粗大沉淀物， 行，主要用于红细胞，微生物细胞，粗大沉淀物，细胞 细胞膜等的沉淀分离。 核、细胞膜等的沉淀分离。 高速离心机：转速为5000～20000转/min，通常 ② 高速离心机：转速为 ～ 转 ， 备有致冷和温控装置。适用于各种生物细胞、病毒、 备有致冷和温控装置。适用于各种生物细胞、病毒、血 清蛋白等有机物、无机物溶液， 清蛋白等有机物、无机物溶液，悬浮液及胶体溶液等样 品的分离，浓缩、提取制备工作。 品的分离，浓缩、提取制备工作。它是细胞和分子生物 水平研究的基本工具。 水平研究的基本工具。 ③ 超 速 离 心 机 ： 转 速 为 20000 ～ 90000 转 /min 。 Ultrcentrifuge因它能产生超强的离心力场而达到独特的 因它能产生超强的离心力场而达到独特的 分离纯化目的。它是分离、纯化、分析、 分离纯化目的。它是分离、纯化、分析、鉴定生物大分 子的重要技术手段 。 如 DNA/RNA 杂交分子的分离 ， HDL的分离。 的分离。 的分离
离心技术的原理及应用
离心技术的原理及应用1. 离心技术的概述离心技术是一种以离心力为基础的分离过程，通过利用离心力将混合物的不同组分分离出来。
离心技术被广泛应用于生物化学、制药、环保、食品加工等领域，可用于固体颗粒的分离、液相溶液的分离、精炼和浓缩等。
2. 离心技术的原理离心技术的原理基于离心力的作用。
离心力是由于转动物体的离心力产生的一种力。
物体在离心力作用下，会被推向物体固定轴线的外侧，形成离心效应，使得混合物的不同组分被分离开来。
离心技术通常通过离心机实现。
离心机的核心部件是转子，可以用来容纳试样。
转子围绕着离心机轴线高速旋转，产生强大的离心力，使得试样中的不同组分被分离开来。
3. 离心技术的应用离心技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举了其中几个常见的应用：3.1 生物化学领域•分离DNA / RNA：离心技术可以用于从细胞中分离出DNA或RNA，用于基因测序、基因工程等领域的研究。
•分离蛋白质：离心技术可以用于从混合的生物样本中分离出特定的蛋白质，用于进一步的分析和研究。
3.2 制药领域•药物纯化：离心技术可以用于从化学合成或发酵得到的混合药物中分离出纯的活性成分。
•药物制剂：离心技术可以用于将固体颗粒与液体分离，制备出药物颗粒或胶体。
3.3 环保领域•污水处理：离心技术可以用于将污水中的固体颗粒与液体分离，提高水质。
•垃圾处理：离心技术可以用于将垃圾中的有机物与无机物分离，实现垃圾的资源化利用。
3.4 食品加工领域•榨汁：离心技术可以用于将水果中的果汁与果渣分离，制作果汁。
•提取物质：离心技术可以用于从食材中提取有营养或有药用价值的物质，用于食品加工。
4. 离心技术的优点•分离效果好：离心技术可以将混合物中的不同组分快速、高效地分离出来。
•操作简单：离心技术的操作相对简单，不需要复杂的设备和步骤。
•适用性广：离心技术可以适用于多种样本类型和领域，具有广泛的应用性。
5. 离心技术的局限性•样品量有限：离心技术的样品容量一般有限制，不适合处理大量的样品。
离心技术原理
离心技术原理
离心技术是一种常用的分离方法，它基于物质在离心力作用下的不同沉降速度来实现分离目的。
离心技术的原理主要涉及两个方面：离心力和沉降速度。
首先，离心技术利用离心机产生的离心力来加速分离物质。
离心机通常由一个旋转的容器和一个电动机组成。
当电动机启动时，容器以高速旋转。
由于离心力是与旋转速度的平方成正比的，因此高速旋转能够产生强大的离心力。
离心力是指物体在旋转运动中受到的离心加速度，它的作用是将物质向外推离离心轴线。
离心机的设计目的是使离心力尽可能均匀地作用于容器内的物质，以实现有效的分离效果。
其次，离心技术利用不同物质的沉降速度来实现分离。
沉降速度是指物质在液体中下沉的速度，它取决于物质的密度、形状和粒径等因素。
在离心过程中，由于离心力的作用，密度较大或较大颗粒的物质会沉降得更快，而密度较小或较小颗粒的物质则沉降得较慢。
通过调整离心机的转速和离心时间，可以控制不同物质的沉降速度，从而实现物质的分离。
总之，离心技术利用离心力和物质的沉降速度来实现分离。
离心机通过旋转产生离心力，将物质分离为不同的组分，使得密度大的物质向外沉降，密度小的物质留在上层。
离心技术在生物医学、化学、环境等领域具有广泛的应用，例如可用于细胞分离、DNA提取、蛋白质纯化等。
离心技术
2.高速离心机 制冷设备温度控制在0-4℃范围内 制动器 实际速度和温度可通过仪表显示 配有一定类型及规格的转子 最高转速在25,000rpm以下 常用于生物大分子的分离制备
3.超速离心机 驱动和速度控制 温度控制 真空系统 转子 常用于分离亚细胞器、病毒粒子、DNA、 RNA和蛋白质分子。 在分离时无须加入可能引起被分离物质结 构改变的物质。
在一般情况下，样品的沉降特征可以用 沉降系数来表示: S是指单位离心场中粒子移动的速度。
沉降速度 S= = dx/dt
单位离心力
ω2 x
若ω用2πn/60表示则：
2.1×102logX2/X1
S=
n2 (t2-t1)
X 1: X 2:
离心前粒子离旋转轴的距离 离心后粒子离旋转轴的距离
S在实际应用时常在10-13秒左右，故把 沉降系数10-13秒称为一个Svedberg单位， 简写S，量纲为秒。
（二）.转子(Rotor) 固定角式转子(fixed-angle rotor) 水平转子(swing-out rotor) 垂直转子(vertical rotor) 带状转子(zonal rotor) 连续转子(continuous rotor)
转子的材质： 铝质 较轻,耐受强度较弱,适合在较低 的转速下使用; 不锈钢 耐受强度最好,但材质本身太重； 钛合金 耐受强度不错,重量也比不锈钢轻。
2.等密度离心法(isopynic centrifugation) 又称等比重离心法,依粒子密度差进行分 离,等密度离心法和上述速率区带离心法合称 为密度梯度离心法。
3.经典式沉降平衡离心法 用于对生物大分子分子量的测定、纯 度估计、构象变化。
(一).差速离心法 1、原理 利用不同的粒子在离心力场中沉降的 差别,在同一离心条件下,沉降速度不同,通 过不断增加相对离心力,使一个非均匀混合 液内的大小、形状不同的粒子分部沉淀。 操作过程中一般是在离心后倾倒的办 法把上清液与沉淀分开,然后将上清液加高 转速离心,分离出第二部分沉淀,如此往复 加高转速,逐级分离出所需要的物质。
生物制药学——第十章 离心技术
连续离心转子 离心杯与旋转轴成固定角度，同时设有进
液口和出样口，以便在连续离心时进液和出液。
适用于培养液中收集菌体及细胞。
2、离心管
• 主要用塑料、不锈钢、铝合金、钛合金等制成。
• 管体形式：光口离心管、螺口离心瓶、一次性 快密封管，连盖离心管，毛细管等。
•塑料离心管常用材料有聚乙烯（PE）、聚丙烯
用途： 差速离心的分辨率不高，沉降 系数在同一个数量级内的各种粒子
不容易分开，常用于颗粒或密度差 别较大的组分的分离，或其他分离 手段之前的粗制品提取。
用于分离大小、形状显著不同的组分， 根据颗粒沉降速度不同得以分离。
已破碎的细胞
500g,10’
分离已破碎 细胞各组份 上清液
10 000g,10’
RCF=F离心力／F重力= mω2r/mg = (2πr/r· rpm) 2·· r m/m· g
4 2 N 2 rm RCF 3600 mg
rpm要折换成 转/秒
4 2 N 2r 1.118 10 -5 N 2r g 3600 980
r : 离心转子的半径距离(cm)； g : 地球重力加速度（980cm/sec2）； N: 转子每分钟的转数（rpm）。
沉淀（细胞核）
上清液
沉淀（细胞膜碎片、 线粒体、溶酶体）
沉淀（核糖核蛋白体）
100 000g,3h
上清液（可 溶性组分）
特点：
优点：操作简易，离心后用倾倒法即可将上 清液与沉淀分开，并可使用容量较大的角式 转子。 缺点：须多次离心，沉淀中有夹带，分离效 果差，不能一次得到纯颗粒，沉淀于管底的 颗粒受挤压，容易变性失活。
以纯水（20℃）为标准介质加以校正
五、沉降时间和转子常数
离心技术
离心技术离心技术是利用离心力，依据物质的沉降系数、扩散系数和浮力密度的差异而进行物质的分离、浓缩和分析的一种专门技术。
各种离心机是实现其技术目的的仪器保证。
离心技术是利用离心力，依据物质的沉降系数、扩散系数和浮力密度的差异而进行物质的分离、浓缩和分析的一种专门技术。
各种离心机是实现其技术目的的仪器保证。
离心技术就其原理来说属于一种物理的技术手段，目前在农业、医药、食品卫生、生物制品、生物工程、细胞生物学、分子生物学和生物化学等诸多领域里得到了广泛的应用，使离心机，尤其是超速离心机已成为现代生物化学实验室中不可缺少的必备设备。
为了满足生产、科研和教学的不同需要，不同类型、不同规格和不同用途的离心机应运而生，且随着整个科学技术的发展不断地得到改进、提高和更新。
现将离心机分类如下:1.不同类型的离心机不仅具有不同的构造，而且具有不同的应用范围。
普通离心机的最大转速在10000 rpm以下，最大相对离心力小于10000×g，容量从几十毫升至几升，分离形式是固液沉降分离，转子有角式和外摆式，其转速不能严格控制，通常不带冷冻系统，于室温下操作。
这种离心机多用交流整流电动机驱动，电机碳刷易磨损，转速由电压调压器调节，起动电流大，速度升降不均匀，一般转头是置于一个硬质钢轴上，因此离心前精确平衡离心管及其内容物极为重要，否则易造成的离心机损坏。
在现代实验室中，普通离心机通常在下列情况下用于物质的分离和提取：（1）沉淀有粘滞；（2）沉淀颗粒小，容易透过滤纸；（3）沉淀量过多而疏松；（4）沉淀量过少，而需要定量分析；（5）母液粘稠；（6）母液量很少，分离时需减少损失；（7）沉淀和母液需迅速分离；（8）一般胶体溶液。
高速离心机能够对样品溶液中的悬浮物质进行高纯度的分离、浓缩、精制和提取，多用于血液、细胞、蛋白质、酶、病毒、激素等的分离制备。
超速离心机目前主要用于：（1）测定生物大分子和高分子聚合物的沉降系数（S）、扩散系数（D）和分子量（M）；（2）研究生物大分子的大小和形状；（3）研究生物大分子的缔合、离解和降解；（4）追随分离高分子的提纯过程，鉴定其均一程度，测定其组成和浓度；（5）分离提纯血清脂蛋白；（6）发现异常血清蛋白质成分等。
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s（秒）=
dx/dt w2x
=
2r2(p- m)
9
颗粒直径
dx: 颗粒与转轴中心的距离 r:
dt：颗粒沉降所需时间
w: 角速度 X: 转子半径
p : 颗粒密度
m : 溶液介质密度
： 溶液介质粘度
S =1×10-13s
8
决定沉降速度的因素：
颗粒大小；颗粒密度；溶液介质密度和粘度
9
2.相对离心力（RCF）：重要指标
29
2.细胞破碎
* 渗透压冲击
* 超声波振荡
* 机械力研磨或剪切
* 反复冻融
原则：只需破碎细胞膜，保留完整细胞器
30
3.细胞结构成分的分步分离
一系列的差速离心＋密度梯度离心
差速离心：分离细胞器
梯度离心：纯化细胞器
31
4.离心方法的选择
根据分离细胞器的性质：
匀浆物中各类细胞器大小不同：
差速离心
上清中各类细胞器大小有差别：
速率区带离心
上清中各类细胞器密度有差别：
等密度离心
32
密度梯度离心
梯度离心需要的设备
离心机：低速、高速、超高速 转头： 介质： 水平、固定角、垂直 蔗糖, Ficoll, Percoll, Accudenz (Nycodenz),
Metrizoate
介质的梯度形成装置和收集装置
33
5.分离细胞器的鉴定和评价
35
6.举例:细胞核分离
原理： 细胞核特征：体积大，沉降系数大； 密度高，可通过浓蔗糖，分离容易。 分离设计： • 细胞破碎（机械匀浆，渗透溶胀，表面活性剂），
释放细胞核，光镜鉴定释放效果。
• 离心，光镜鉴定分离效果
36
学习目标
1. 离心技术的基本概念； 2. 决定离心行为的两个因素和“三要 素”； 3. 沉降系数、离心力和什么因素有关； 4. 离心的基本方法和适用范围； 5. 细胞结构成分的离心分离方法。
水平转头吊桶盖安装不当； 转头不加盖； O形密封圈失效 金属疲劳 超速 化学腐蚀 离心管帽、垫圈、接合器使用不当
16
学习目标
1.离心技术的基本概念 2.离心机转头分类 3.离心的基本方法
4.细胞结构成分的离心分离方法
17
三.离心方法
1. 差速离心法
介质无密度梯度，颗粒大小有差异
2. 密度梯度离心法
10 000g 1min
2 000g
5min
12
学习目标
1.离心技术的基本概念 2.离心机转头分类 3.离心的基本方法
4.细胞结构成分的离心分离方法
13
二.离心设备：离心机及离心管
3.离心腔 （真空设备） 1. 转头 2.控制系统 （马达）
14
4.温度控制 （冷却设备）
离心机分类
低速：6800g(细胞级）
3. 相对离心力 (g)和离心时间（min)决定沉降
材料
动物细胞 人红细胞 细菌 病毒
大小(m)
10-60 6- 8 1-10 0.02-0.03
离心条件(离心力，离心时间）
200-500g 500g 500-6000g 30000-40000g 5-15min 5-15min 10-15min 20-30min
3
一.离心技术 (Centrifuge)
利用溶液中颗粒密度、大小等特性，用旋转产生的 离心力使不同特性颗粒从溶液中分离并沉降，从而 达到分离、浓缩、提纯和鉴定的目的，称为离心技 术。
* 分离细胞或其他的悬浮颗粒；
* 从组织或细胞匀浆中分离细胞器； * 分离病毒和大分子，包括DNA、RNA、蛋白质和脂类。
离心分离时，作用在悬浮颗粒上的力常用RCF数值 表示，即同一颗粒在离心时的离心力同地球重力相 比较后得到的值。
RCF(g)=离心力/重力＝mw2x/mg=w2x/g
＝1.12r(RPM/1000)2
r: 旋转中心轴至转头内离心管某一部位 的半径 RPM（rounds per minute，转速): 转头 旋转的次数
（1）形态鉴定：光镜或电镜 （2）生化分析：细胞器特异的标志酶
34
(2)生化分析：细胞器特异的标志酶
细胞器
细胞核 线粒体 溶酶体 过氧化物酶体 内质网 高尔基体 细胞膜
标志酶
NAD合成酶、DNA聚合酶 细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶、单胺氧化酶 酸性磷酸酶、－半乳糖苷酶 过氧化氢酶、尿酸氧化酶 葡萄糖-6-磷酸酶、细胞色素P450 －半乳糖苷转移酶 5’-核苷酸酶、Na/K-ATP酶
25
用途： 分离有密度差异的颗粒,适用于病毒、DNA、 RNA、蛋白质等。 特点：
密度较高介质，陡度大，介质的最高密度应
大于被分离组分的最大密度( p< m ) 。 所需的力场通常比速率沉降法大10~100倍， 往往需要高速或超速离心。
26
学习目标
1.离心技术的基本概念 2.离心机转头分类 3.离心的基本方法
粘度低
对细胞成分损伤小 离心分离后容易去除 浓度容易测定 价格
22
密度梯度离心-移动区带离心法
（moving-zone centrifugation)
原理：用梯度蔗糖或甘油作为介质，将 要分离的样品放在介质表面，形成一个 狭带，然后超速离心，使不同密度的颗 粒以不同的速度向管底方向移动，形成 一系列区带，从管底小孔中分次收集各 种颗粒成分。
常温、低温； 台式、立式； 低速、高速、超速
分离>10000S的细胞及细胞 器 高速：17,700－50,400g（亚 细胞级）
分离 >100S的颗粒，包括部 分细胞器及病毒 超速：90,400－694,000g （分子级）离<100S的颗粒15
转头损坏及原因
转头不平衡
离心பைடு நூலகம்平衡误差；
离心管放置不对称；
4.细胞结构成分的离心分离方法
27
四.细胞结构成分的分离
1.细胞沉淀 2.细胞破碎 3.细胞结构成分的分离－离心技术 4.分离细胞器的鉴定和评价
28
1.细胞沉淀（cell pellet)
1. 介质密度为1g/ml; 2. 一般细菌和动物细胞密度为1.08-1.12g/ml, 病毒密度为1.18-1.31 g/ml。
23
用途： 分离有大小和密度差异的细胞或细胞器。
特点：
密度梯度介质，且密度较低，
介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最
小密度( p> m )。 离心时间(t)，不能使所有颗粒都沉到管底。
24
密度梯度离心-等密度梯度离心法
（isodensity centrifugation)
原理：离心时采用包括各种颗粒密度范围的梯度介质， 被分离颗粒达到与其相同的密度介质时不再移动，形成 一系列区带，然后从管底收集。
4
什么是离心力？ 圆周运动的物体 在旋转过程中产 生的背向旋转轴 的运动力。
5
决定离心行为的主要因素
颗粒的属性：颗粒大小、密度等特性
溶液和设备：离心机、离心介质
6
离心分离首先需要知道的 “三要素”
颗粒的沉降系数
相对离心力 离心时间
7
1.沉降系数（ S ）：重要指标
颗粒在单位离心力的作用下的移动速度
10
3.离心时间
颗粒经过溶液形成沉淀所需要的时间 t=K/S
K: 表示转头离心效力的指标，与转速平方成反比。 离心机公司提供最高转速时的K值。 K值越小越好，效力越高。
S：沉降系数
离心时间由离心效力和沉降系数决定
11
沉降离心中的两个因素RCF, t RCF1×t1= RCF2×t2
例：沉降某颗粒需10 000g· min
1
离心分离技术
1.离心技术的基本概念 2.离心机转头分类 3.离心的基本方法
4.细胞结构成分的离心分离方法
2
学习目标
1. 离心技术的基本概念； 2. 决定离心行为的两个因素和“三要 素”； 3. 沉降系数、离心力和什么因素有关； 4. 离心的基本方法和适用范围； 5. 细胞结构成分的离心分离方法。
介质有密度梯度，颗粒密度有差异
18
1.差速离心法
(differential centrifugation)
原理：通过一系列递增速度的离心，依次将大小不 同的颗粒逐级分离。
上清 上清 上清 上清
颗粒混合物
最大颗粒
较大颗粒
中等颗粒
小颗粒
19
特点：
介质密度均一； 速度由低向高，逐级离心，适
用与大小差别较大的颗粒；
操作简单，多次离心；
分离纯度不高，需要确定离心
力和离心时间。
20
2.密度梯度离心法
(density gradient centrifugation)
离心介质有密度梯度
s= 2r2(p- m) 9
21
理想的离心介质
可自行配制的：蔗糖 商品化的：Ficoll, Percoll, Accudenz (Nycodenz) 形成的溶液密度范围大