Open Top Tube，即無蓋敞口離心管、開頂管或開口管。這種類型離心管的無管蓋設(shè)計，管頂敞開，側(cè)壁厚度與直徑上下一致，樣品裝載和離心后條帶、沉淀的回收簡便。其簡潔的外形結(jié)構(gòu)，既有利于達(dá)到樣品容量的最大化，又能與轉(zhuǎn)頭離心孔內(nèi)壁緊密貼合，輕松實現(xiàn)高速、超速離心的功能。

       開口管有多種不同材質(zhì)可選，常見的型號有透明PET、Ultra-Clear（PETG）管、PC管，半透明的PP管、PA管、PE管，以及可耐有機(jī)物腐蝕的不銹鋼離心管、鈦合金管等。款式可分為薄壁管、厚壁管、圓底管和錐形底管四種。

       資料顯示，Beckman Optima XPN-100超速離心機(jī)適配的113款離心管中，60款為開口管。除連續(xù)流轉(zhuǎn)頭（Continuous-Flow Rotor）、區(qū)帶轉(zhuǎn)頭（Zonal Rotor）、Type 100 Ti（8×6 mL/100000rpm）、Type 19（6×250mL）和NVT 100（8×5.3mL/100000rpm）外，開口管適用于28個轉(zhuǎn)頭中的23款，覆蓋了絕大多數(shù)的角轉(zhuǎn)頭、近垂直轉(zhuǎn)頭和全部垂直轉(zhuǎn)頭、水平轉(zhuǎn)頭，實用工作轉(zhuǎn)速從80000rpm超速直至15000rpm高速。開口管容量范圍寬（0.9mL- 94mL），使用簡便，經(jīng)濟(jì)性好，是超速離心機(jī)實驗中最常用的離心管選項。

       開口管離心工作原理與常規(guī)帶蓋熱封管、指封管及離心瓶有何區(qū)別，使用中有哪些注意事項？這還得從頭說起。

       如圖1所示：在固定角度轉(zhuǎn)頭中的離心管與轉(zhuǎn)軸中線存在一固定夾角θ。工作時，水平方向作用于轉(zhuǎn)軸近側(cè)管壁所受離心力F可分解為垂直于離心管中軸的F1和與中軸平行的F2兩個分力。根據(jù)平面幾何定律可獲得F1、F2與F間計算關(guān)系。

       F2在同一側(cè)管壁內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)力（由于外因作用，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗外因的影響并試圖使物體保持和恢復(fù)原有外形狀態(tài)）。當(dāng)F2強(qiáng)度超過管壁可耐受范圍時，管壁容易引發(fā)管壁內(nèi)陷、開裂和變形。

       而F1則垂直地對管壁施加影響，使近軸側(cè)管壁有遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸、向管中軸線靠近（向管內(nèi)凹陷）的位移趨勢，對管內(nèi)液體產(chǎn)生潛在排擠（擠牙膏）效用。一旦排擠發(fā)生，會造成管內(nèi)液面上升。而液面最高點位置抬升至超過與管口高度，勢必造成樣品外溢。

       開口管超速離心過程中管壁形變、樣品泄露的發(fā)生與否，由多重因素的決定。

1）離心力

       同款離心管在同一轉(zhuǎn)頭中工作，轉(zhuǎn)速越高，則載樣外溢風(fēng)險越大。以Beckman 4mL厚壁開口管（355645）為例。工作轉(zhuǎn)速為50000rpm時，Type 90Ti角轉(zhuǎn)頭RCFav為15470×g，而Type 50.4 Ti角轉(zhuǎn)頭內(nèi)側(cè)離心孔RCFav是226800×g，外側(cè)離心孔RCFav則高達(dá)26900×g（RCFav的概念參考：《Optima MAX-XP超速離心機(jī)轉(zhuǎn)頭的選擇對外泌體分離效果影響的分析》）。毫無疑問，用Type 50.4 Ti轉(zhuǎn)頭的外圈離心孔離心更容易發(fā)生泄露。

       資料顯示，無蓋開口管在角轉(zhuǎn)頭中使用的工作轉(zhuǎn)速上限是150000rpm。如Optima MAX-XP臺式超速離心機(jī)MLA-150轉(zhuǎn)頭用的1.0mL厚壁PC開口管343778和CS150NX離心機(jī)S150AT角轉(zhuǎn)頭適配的1.0mL 薄壁管1PC Tube (5720411000）。

       離心管容量增大則工作轉(zhuǎn)速上限下調(diào)。如Optima MAX-XP的MLA-80角轉(zhuǎn)頭用5.8mL厚壁管(355647)，其轉(zhuǎn)速上限為80000rpm。立式超離心用薄壁管容量整體較大，可支持工作轉(zhuǎn)速上限更低（如CP-100NX立式超速離心機(jī)P100AT2角轉(zhuǎn)頭用4.7PC厚壁管 5720411032的速度升限僅60000rpm）。13.5 - 45mL范圍的中等容量開口管，須降速使用以確保離心安全。

2）開口管管壁厚薄和剛性

       薄壁管管壁剛性自持力不足，缺少管蓋支持時，抗離心力側(cè)向沖擊能力弱。

厚壁管的管壁厚度超過1mm，自身結(jié)構(gòu)剛性優(yōu)于薄壁管，可支持無蓋條件下、在一定轉(zhuǎn)速與樣品容量范圍采用角轉(zhuǎn)頭心。

常用的無蓋厚壁管用的是剛性強(qiáng)度好的PP和PC材質(zhì)。如Type 45 Ti角轉(zhuǎn)頭適用的厚壁開口管中的4mL管（355644-PP；355645-PC）、10.5mL管（355639-PP；355629-PC）、45mL PP管（355628）和47mL PC管（355643）。

3）轉(zhuǎn)頭傾角因素

       轉(zhuǎn)速相同、離心半徑接近情況下，轉(zhuǎn)頭傾斜角θ增大，管壁承受的F1減小，管壁對液體排擠作用相應(yīng)減弱。最關(guān)鍵的是，轉(zhuǎn)頭超速運(yùn)行狀態(tài)下，管內(nèi)液體平面由彎月型轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直崖壁式，此時液面巔頂離管口更近(見圖2)。相同離心管液體裝填量相同情況下，所用轉(zhuǎn)頭的傾角θ小，則離心形成的液面最高點離管口邊緣近；反之，轉(zhuǎn)頭傾角θ大，則液體頂部離管口管遠(yuǎn)，樣品外溢風(fēng)險降低。

       因此，無蓋薄壁開口管采用傾角較小轉(zhuǎn)頭離心時，樣品裝填量不宜裝滿。廠商通常建議，填充體積達(dá)到管額定容量的一半或略多一點即可。而開口管加配密封蓋時，樣品可裝填至液面離管口3mm的位置。

       大部分情況下，在角轉(zhuǎn)頭中使用開口管時應(yīng)帶蓋使用，除用于防止樣品的外溢，可提高樣品載量和離心效率，也是重要考慮因素。以Type 90 Ti為例，該轉(zhuǎn)頭額定容量8×13.5mL，無蓋厚壁開口管355645最大容量僅4.0mL，而加蓋薄壁開口管326814的容量則多達(dá)13.5mL，超過無蓋管有效容積3倍。

       當(dāng)角轉(zhuǎn)頭的傾角從45°-35°-20°一路減小到7-8°時，角轉(zhuǎn)頭就演變成近垂直轉(zhuǎn)頭。如常用于核酸分離純化和脂蛋白飄浮分離的NVT90、NVT65轉(zhuǎn)頭便是。近垂直轉(zhuǎn)頭傾角減小的直接結(jié)果是，開口管近側(cè)管壁承受的F1猛增。當(dāng)轉(zhuǎn)頭傾角更進(jìn)一步變成0°時，就產(chǎn)生了超大離心力、超快分離效能的垂直轉(zhuǎn)頭，如VTi 90、VTi 65.1等。近垂直和垂直轉(zhuǎn)頭工作時管壁側(cè)向F1之強(qiáng)悍（垂直轉(zhuǎn)頭的F1=F），不僅使無蓋開口管的使用不和時宜，連加蓋薄壁管、剛性PC離心瓶都無法確保離心安全。此情形下，指封管、熱封管的選擇成為必然。

       另一方面，當(dāng)角轉(zhuǎn)頭的傾角θ從45°增大至90°，角轉(zhuǎn)頭就變身為水平轉(zhuǎn)頭。此時，開口管工作受力發(fā)生了重大新變化。F2=F而F1歸詢價，垂直于管壁的離心力消失，取而代之是液體樣品傳導(dǎo)的離心場壓強(qiáng)HP、管壁軸向離心力CF。

       如圖3所示，液體處于超速離心場下，這確保開口管的管底、側(cè)壁在離心過程中與轉(zhuǎn)頭緊貼，防止離心管發(fā)生位移。

       但樣品裝填過少時，空白處管壁缺少來自液體傳導(dǎo)的離心場壓強(qiáng)支持。薄壁管在相當(dāng)于自身重力加速度十萬倍的RCF環(huán)境作用下，管壁近端與遠(yuǎn)端間應(yīng)力容易在管壁薄弱處發(fā)生內(nèi)陷變形（圖3中黃色箭頭所示）。這將影響離心結(jié)束后樣品條帶的回收處置。

因此，開口管樣品裝填量，不僅是用角轉(zhuǎn)頭離心有要求，使用水平轉(zhuǎn)頭實施密度梯度離心實驗中，同樣有嚴(yán)格要求。

       業(yè)內(nèi)規(guī)定：薄壁管的樣品液量填充至彎月液面最低處與管口垂直高度相差2-3mm為止。厚壁管管壁相對堅實，裝填量可填充至管半滿以上程度。不銹鋼或鈦合金離心管，因自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠高，管壁不依賴于液體壓強(qiáng)支撐而足以安全離心，因此對其液體填充水平無強(qiáng)制要求。

        總之，開口管在不同類型轉(zhuǎn)頭中，對樣品載量和工作轉(zhuǎn)速的限制條件是不同的。

       實際工作中，開蓋管在水平轉(zhuǎn)頭中使用可實現(xiàn)最高60000rpm的工作轉(zhuǎn)速（如Beckman optima XPN-100離心機(jī)的SW 60 Ti轉(zhuǎn)頭適配的3 mL厚壁管355636和355635）。但角轉(zhuǎn)頭離心工作轉(zhuǎn)速50000rpm以上時，通常建議為開口管添置配套管帽組件（Cap Assembly）。管帽組件安裝時需將閥桿（Stem）部分插入管內(nèi)后固定。金屬材質(zhì)的閥桿為管口提供足夠剛性支撐的同時會占用少量液體裝填空間。此時，液體裝填應(yīng)考慮留足閥桿安裝空間。

       開口管蓋帽組件的安裝使用方法，有待《開口超速離心管S-Cap加蓋密封方法的說明》等的詳解。

主要參考文獻(xiàn)

1. Instructions For Use MLA-80 Fixed-Angle Rotor (TL-TB-024AF)

2. Instructions For Use SW 40 Ti Swinging-Bucket Rotor (L5-TB-033SE)

3. Instruction For Use Rotors and Tubes For Beckman Coulter Preparative Ultracentrifuges (LR-IM-24AK)