20 世纪 50 - 70 年代：AUC 释放潜力

科学历史学家普遍认为，20 世纪 50 至 70 年代AUC 迎来首次“繁荣期”。⁹

至 1951 年，Spinco E 型超速离心机已售出超 70 台，而 60 年代到来之前，该机型的销售数量将增至四倍以上。

Jonas Salk 与 Albert Sabin 于1954 年推出脊髓灰质炎疫苗之前，就已经使用超速离心机分离脊髓灰质炎病毒。过去，这种疫苗拯救了全球数百万人的生命，而未来，其医学价值也将无可估量。即使在今天，脊髓灰质炎病毒模型系统仍然有助于了解其它有害 RNA 病毒（如西尼罗病毒、SARS 病毒、埃博拉病毒等）的生物学特性。

同样在 1954 年，化学家、pH 计（及其他分析仪器）发明者、曾任加州理工学院教授的 Arnold Beckman，慧眼识珠，也认识到 AUC 技术的潜力，并购置一台Spinco。随后，他在自己成立了 20 年的公司内部创立了 Spinco 分部，即贝克曼仪器公司。

此后不久，美国几乎每个生物化学部门都配备了一台 AUC 仪器 —— 多为 Spinco E 机型 —— 当时主要用于常规沉降系数测定及分子量测定。

毫无疑问，Arnold Beckman 公司以及如今的贝克曼库尔特生命科学事业部，必将成为全球 AUC 技术引领者，这一地位至今无可撼动。

备受敬畏的 Schachman 先生

然而，因推动 20 世纪 中页 AUC“繁荣期”到来而备受赞誉的人，并非只有 Beckman 一人。虽然许多人都为此做出过贡献，但与 Beckman 并驾齐驱的当属生物化学家 Howard K. Schachman。1948 年，Schachman 刚刚加入伯克利分校。或许缘分使然，伯克利分校距帕萨迪纳 Beckman Instruments 公司竟不到 400 英里（约 644 公里）。（这并非两位著名科学家与 AUC 有关的唯一巧合。）

于几十年后写下其“超速离心机钟情往事¹⁰”的 Schachman，极力鼓励 Spinco 公司的 Ed Pickels 对超速离心机进行改进尝试，比如添加吸收光学元件 —— 30 年前 Svedberg 也曾做过同样的尝试。

在促进 AUC 集成单色仪及瑞利干涉仪方面，Schachman 同样功不可没。20 世纪 50 年代 AUC 技术在这些方面的改进，在一定程度上帮助Schachman 最终成为发现核糖体的关键人物，这一发现，使人类对蛋白质合成之谜的破解向前迈进了一大步。

Beckman 与 Schachman 之间的第二个巧合可以追溯到 1945 年，Schachman 在旧金山的蜜月之旅。在那里，他为美国海军建造超速离心机进行了可行性研究，并因此结识了 Morris Hanafin，后者同样在寻找超速离心机的创建者。根据他当时的了解，Schachman 告诉 Hanafin 他要找的人应该是 Ed Pickels。

那次命中注定的会面，促成 Hanafin 与 Pickels 联手创建 Spinco —— 一家成立十年之内将被 Arnold Beckman 收购的公司。也正是这家公司最终生产出 Schachman 钟爱的 AUC 仪器。

当然，Schachman 并非 20 世纪 50 年代唯一尝试改进 AUC 基本技术的领军人。

在 1958 年的一次创造性改进中，Matthew Meselson 与 Franklin Stahl 在超速离心机实验中使用高浓度氯化铯分离核酸，以简洁有效的方法解决了 DNA 复制问题。在 Spinco E 型分析型超速离心机实验中利用密度梯度证实 DNA 半保留复制机制，被广泛认为是“最出色的生物学实验。”

尽管 Schachman 无疑会赞同学界对该实验的高度赞誉，但他未必认同 Meselson 的 AUC 方案。

在马塞诸萨伍兹霍尔海洋生物实验室休假时，Schachman 遇到了 Meselson 的一个学生。令Schachman 大为困惑的是，这位学生似乎对超速离心机敬而远之。这种恐惧的根本原因源于 Meselson 担心学生操作时可能引发机器故障从而造成事故，进而禁止学生接近超速离心机。

居然有人对他如此热爱的技术避之不及，这让Schachman 感到极为懊恼，因此他毫不犹豫地为自己的学生提供动手操作 AUC 的机会。Schachman 后来写到，他坚信，Meselson 担心学生毁坏仪器毫无根据可言。

1959 年，Schachman 出版《生物化学中的超速离心》（Ultracentrifugation in Biochemistry）一书，表达其对 AUC 的钟爱之情。这本厚达 272 页的教科书将成为 AUC 领域新圣经般的存在，令 Schachman 本人称为 AUC 圣经的《超速离心机》（Svedberg 与 Pederson 合著）黯然失色。

Schachman 教科书的出版标志着 AUC 历史上一个重要的十年圆满结束。整个 20 世纪 60 年代，Schachman 与 Jack Williams、David Yphantis、K.E. van Holde 等人利用 AUC 持续开展开创性工作。由此，在后来被称为“动荡十年”的时期，人类对蛋白质、核糖体、DNA 及病毒的了解获得显著加深与增进。

分析难题得以解决

1962 年，Hiroshi Fujita 发表《沉降分析数学理论》（Mathematical Theory of Sedimentation Analysis），这是 AUC 发展史上另一个重要的里程碑。

此前几年，Fujita 已破解了一个长期存在的难题，即扩散综合效应和溶质沉降系数浓度依赖性如何决定沉降边界的形状。

Fujita 的第一部专著被广泛认为是未来 13 年超速离心实验数学分析的范本。直到 1975 年 Fujita 出版《超离心分析基础》一书，该领域才得以显著发展。

19 世纪 70 年代，AUC 出现了难得一见的上升势头，这在很大程度上归功于 Fujita 在沉降实验分析领域的研究成果。至 80 年代，全世界约有 2000 台 AUC 仪器投入使用。³

AUC 俨然成为评估生物聚合物及其所形成分子复合物溶液分子量的常用技术。研究人员还可依采用AUC 确定这些生物分子/复合物的均匀性、形状，以及表征其自身（自缔合）或与其他成分（异缔合）的聚集特性。¹¹

遗憾的是，Svedberg 生前未能见证他数十年前发明的技术如今得到如此广泛的应用。1971 年，他于故土瑞典辞世，享年 87 岁。

³ Serdyuk IN, Zaccai NR, Zaccai J. Methods in molecular biophysics: structure, dynamics, function. 1st ed. New York (NY): Cambridge University Press; 2007.
⁹ Harding SE. Analytical Ultracentrifugation and the genetic engineering of macromolecules. Biotechnol Genet Eng Rev 1993;11:317-356.
¹⁰ Schachman H. Still looking for the ivory tower. Annu Rev Biochem 2000;69:1–29.
¹¹ Berkowitz SA, Philo JS. Characterizing biopharmaceuticals using analytical ultracentrifugation. In: Houde DJ, Berkowitz SA, editors. Biophysical characterization of proteins in developing pharmaceuticals. Waltham (MA): Elsevier; 2015.