说到离心机,还得从牛奶说起。牛奶里有丰富的脂肪,将牛奶静置,其中的脂肪上浮就是奶油。对于牛奶加工厂而言,时间就是金钱,牛奶长期静置分层一来浪费时间,二来很容易变质。牛奶厂需要一种能快速分离出奶油的设备。
牛顿力学告诉我们,只要把牛奶放进一个大桶,把桶快速旋转起来,密度大的“脱脂牛奶”会被快速甩到四周,密度小的奶油会留在桶中心,这时候只需在桶中间捅个窟窿,流出来的就是奶油。1864年,德国青年小安东宁·普朗特想要做出这种分离奶油的设备,他的哥哥亚历山大·普朗特根据小安东宁的构想,几经实验把奶油分离器做了出来。
1875年,亚历山大带着奶油分离器参加了德国法兰克福的世界博览会。现场人头攒动,但没有人意识到自己正在见证历史——毕竟这是世界上第一台离心机。
瑞士医生和生物学家弗雷德里希·米歇尔最早使用离心机系统用于生物学研究。他在1869年从白细胞的细胞核中分离出一种富含磷酸盐的沉淀物,并随意地起了个名字叫“核素”。后来我们知道,所谓的“核素”其实是DNA。这个最早使用离心机的生物学家也成为第一个提取DNA的人。
“破碎细胞+离心机分离”的方法可以从细胞中分离出各种各样的组分,极大地促进了生物学的发展。那时候的离心机靠人力转动,手摇离心机最高转速竟然高达3000rpm(一秒转50圈)。
随着科技进步,离心机快速发展。1912年,随着第二次工业革命推进电气化,出现了电动机驱动的离心机。1925年,瑞典化学家西奥多·斯文伯格发明了第一台超速离心机。1940年,SPINCO生产了第一台商用超速离心机。1962年,Eppendorf公司开发了世界上第一台用于实验室的微型离心机。
1976年,德国的Hettich公司发明了第一台微处理器控制的离心机,实现了离心时间的精准控制。这项技术远远领先于时代,并将在接下来的几十年中成为离心机的标配。后续离心机不断改进,加入了电脑控制、慢速停止、液晶显示屏、制冷……逐步变成了我们现在用的离心机的样子。
伴随着离心机的发展,生物学也取得了一系列的突破。1926年,西奥多·斯文伯格因为发明的超速离心机能确定复杂蛋白质和病毒的分子量和亚基结构,获得了当年的诺奖。二十世纪30年代,比利时医生和细胞生物学家阿尔伯特·克劳德发现破坏细胞膜释放细胞内容物再过滤离心,就能分出细胞的不同组分。这个方法大大加快了细胞内结构的研究,并获得了1974年的诺奖……
说回离心机的发明人普朗特兄弟,安东尼·普朗特的孙子叫路德维希·普朗特,在哥廷根大学研究空气的流体力学。路德维希收了一位博士叫西奥多·冯·卡门,冯·卡门又收了几个“小有名气”的博士:钱学森、郭永怀、胡宁……等下一次吃着奶油冰激凌的时候,你是否会想到,奶油、钱学森、离心机,他们之间竟然还有这种奇妙渊源。
(赵杭)