Was sind Laborzentrifugen?

Von Paul Heney | 31. Mai 2023

Laborzentrifugen schleudern flüssige Proben mit hoher Geschwindigkeit, um Stoffe nach ihrer Masse zu trennen. Sie bestehen typischerweise aus einer vertikalen motorisierten Achse, um die sich ein Rotor drehen kann – und einem von oben beladenen Schacht mit einer Abdeckung darüber. Der Rotor ist in der Regel so konzipiert, dass er spezielle Zentrifugenröhrchen sicher hält, die fest in den Rotor passen und aus hochfestem Kunststoff oder Glas bestehen. Kleinere Zentrifugen sind Tischgeräte, während größere Zentrifugen Standgeräte sind. Die Rotationsgeschwindigkeiten reichen von etwa 4.000 U/min für klinische Zentrifugen mit niedriger Drehzahl bis zu etwa 20.000 U/min für Mikro- und Hochgeschwindigkeitszentrifugen, während moderne Ultrazentrifugen mit Geschwindigkeiten über 40.000 U/min rotieren.

Typischerweise halten Festwinkelrotoren Probenröhrchen in einem festen Winkel, wobei ein einfacher Materialblock Löcher enthält, in die die Röhrchen eingesetzt werden. Schwingbecherrotoren enthalten Scharniere für jedes Rohr, so dass die Rohre entlang der Beschleunigungslinie ausgerichtet sind – im Ruhezustand zeigen sie nach unten, wo die einzige Beschleunigung auf die Schwerkraft zurückzuführen ist, und bewegen sich zunehmend in Richtung der Horizontalen, wenn die Zentripetalbeschleunigung größer als die Schwerkraft wird. Zonenrotoren verfügen über einen einzigen zentralen Bereich zur Aufnahme von Proben.

Es ist sehr wichtig, dass Zentrifugen richtig ausbalanciert sind, um übermäßige Vibrationen und möglicherweise katastrophale Ausfälle zu vermeiden. Die kinetische Energie, die eine Zentrifuge beim Betrieb mit hoher Geschwindigkeit speichert, kann sehr hoch sein und die plötzliche Freisetzung dieser Energie kann der eines Sprengsatzes gleichkommen. Das Gleichgewicht wird durch die Kombination von Probenröhrchen und Ausgleichsröhrchen erreicht. Korrosion und Rissbildung im Rotor können auch dazu führen, dass der Rotor unter den enormen Zentrifugalkräften platzt. Daher sind Inspektion und Wartung wichtig.

In der Biochemie und Zellbiologie wird die Differentialzentrifugation häufig zur Trennung von Organellen oder Viren eingesetzt. Das Prinzip besteht darin, dass die Geschwindigkeit, mit der sich suspendierte Partikel absetzen, von der Schwerkraft, dem Dichteunterschied zwischen Partikel und Flüssigkeit, der Viskosität der Flüssigkeit sowie der Größe und Form des Partikels abhängt. Ist das Teilchen dichter als die Flüssigkeit, setzt es sich ab, ist es weniger dicht, schwimmt es. Größere Partikel setzen sich schneller und mit geringeren Kräften ab. Die Auftriebsdichtezentrifugation trennt Partikel präziser nach ihrer Dichte. Es kann zur Trennung von Molekülen, molekularen Isotopen und DNA-Sequenzen verwendet werden.