Was ist eine Ultrazentrifuge?
Eine Ultrazentrifuge ist eine Zentrifuge, die auf eine Zentrifugalkraft von 100 000 g oder mehr eingestellt werden kann, bis zu einem Maximum von 1 000 000 g.
Eine Zentrifuge ist ein Gerät, das die Zentrifugalkraft nutzt, um Proben entsprechend dem spezifischen Gewicht des Materials zu trennen. Die Preise variieren je nach Form des Rotors und der Anzahl der Umdrehungen, wobei einige Geräte zwischen rund zwanzig- und über zehntausend USD kosten. Ultrazentrifugen sind relativ teure Geräte unter den vielen Arten von Mess- und Analysegeräten.
Ultrazentrifugen werden grundsätzlich in zwei Kategorien unterteilt: Zentrifugen zur Analyse und Zentrifugen zur Trennung. In den meisten Fällen bezieht sich der Begriff Ultrazentrifuge auf Trennungs-Ultrazentrifugen und nicht auf Analyse-Ultrazentrifugen.
Anwendungen von Ultrazentrifugen
Bei der Verwendung von Ultrazentrifugen wird zwischen Ultrazentrifugen für die Analyse und Ultrazentrifugen für die Trennung unterschieden. Außerdem gibt es stationäre und Tischgeräte und die maximale Zentrifugalkraft sowie maximale Probenkapazität sind bei jedem Typ unterschiedlich, so dass es wichtig ist, je nach Zweck das geeignete Gerät auszuwählen.
1. Analytische Ultrazentrifugen
Analytische Ultrazentrifugen werden hauptsächlich zur Analyse der Materialeigenschaften von Proteinen eingesetzt (Form, Partikelgröße, Molekulargewicht, Stöchiometrie, Reinheit, molekulares Verhalten, Proteinaggregation, Interaktionen, 3D-Struktur usw.). Sie werden für die Analyse von Protein-Protein-Interaktionen und die Erforschung von Membranproteinen eingesetzt.
2. Trenn-Ultrazentrifugen
Trenn-Ultrazentrifugen werden für die Trennung von Ribosomen, die Fraktionierung und Reinigung von Zellorganellen und Viren eingesetzt.
Funktionsweise der Ultrazentrifugen
Zu den Rotoren von Ultrazentrifugen gehören Schwenkrotoren, Festwinkelrotoren und Zonenrotoren, die je nach Zweck ausgewählt werden können.
1. Pendelrotor
Bei Pendelrotoren dreht sich das Gefäß mit der Probe horizontal, so dass sich das Sediment gleichmäßig ablagert und der Überstand leicht entnommen werden kann.
2. Festwinkelrotor
Festwinkelrotoren haben einen festen Winkel zur Drehachse. Da die Richtung der Zentrifugalkraft nicht horizontal ist, sammelt sich der Bodensatz an den Seiten des Gefäßes an.
Im Vergleich zu schwingenden Rotoren sammelt sich das Sediment ungleichmäßig an, weshalb sich diese Rotoren für die Sedimentsammlung eignen.
3. Zonalrotor
Zonalrotoren werden für Trennungen mittels Dichtegradientenzentrifugation verwendet. Die Probe kann während der Rotation gepumpt werden, so dass große Volumina verarbeitet werden können. Eine hohe Rotationsgeschwindigkeit mit unausgewogenen Probengewichten kann zu Vibrationen führen und das Risiko eines Bruchs der Ultrazentrifuge bergen.
Vor dem Zentrifugieren ist zu prüfen, ob die Probe gleichmäßig ausbalanciert ist, ob der Behälter nicht beschädigt ist und ob die Materialstärke des verwendeten Behälters den Zentrifugalkräften standhält.
Merkmale von Ultrazentrifugen
Zentrifugen nutzen den Unterschied im spezifischen Gewicht von Materialien, um Proben durch die Zentrifugalkraft zu trennen. In der Kammer der Ultrazentrifuge herrscht ein Vakuum, und der Rotor wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht, um eine Zentrifugaltrennung durchzuführen.
1. Ultrazentrifuge zur Trennung
Ultrazentrifugen werden eingesetzt, um Proben, die sich in einer Standardzentrifuge nur schwer trennen lassen, durch Anwendung einer höheren Zentrifugalkraft in Sediment und Überstand zu trennen. Die Probe kann entsprechend dem Unterschied im spezifischen Gewicht der Substanzen in der Probe getrennt werden.
2. Analytische Ultrazentrifugen
Analytische Ultrazentrifugen sind Analysegeräte, die sich auf die Sedimentation von Substanzen in der Probe konzentrieren, während sie die Probe wie eine Trennzentrifuge zentrifugieren. Die Sedimentation wird optisch erfasst und kann über die Zeit in Echtzeit gemessen werden.
Anhand der optisch erfassten Ergebnisse können die hydrodynamischen und thermodynamischen Eigenschaften sowie das Molekulargewicht der Substanz genau analysiert werden.
Weitere Informationen über Ultrazentrifugen
Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Ultrazentrifugen
Bei Ultrazentrifugen handelt es sich um Geräte, die sehr hohe Zentrifugalkräfte ausüben, so dass Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden müssen, um eine sichere Verwendung zu gewährleisten. Bevor Sie eine Ultrazentrifuge verwenden, müssen Sie überprüfen, ob die Probenwaage absolut gleichmäßig ist.
Wenn das Probengleichgewicht nicht gleichmäßig ist, kann die Drehachse des Ultrazentrifugenkörpers durch die Zentrifugalkraftbelastung verformt werden. Dies ist gefährlich, da die am Rotor befestigte Probe verstreut werden oder aus der Kammer herausfliegen kann.
Außerdem muss vor dem Betrieb der Ultrazentrifuge sichergestellt werden, dass die Kammer unter Vakuum steht. Wenn sich der Rotor in einer Ultrazentrifuge dreht, verursacht die Zentrifugalkraft Reibung mit der Luft und erzeugt eine große Menge an Reibungswärme. Daher ermöglicht ein Vakuumzustand eine präzise Temperaturkontrolle und Zentrifugaltrennung bei konstanter Probentemperatur.