Zentrifugation und Filtration sind die gebräuchlichsten Methoden zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten im Labor. Sie werden in allen Disziplinen eingesetzt – vom Pelletieren von Bakterien über das Klären von Proteinextrakten bis zum Filtrieren von HPLC-Mobilphasen.

Zentrifugationsprinzipien

Die Zentrifugation nutzt Zentrifugalkraft, um Partikel basierend auf ihrer Größe, Form und Dichte zu sedimentieren. Die relative Zentrifugalkraft (RCF), ausgedrückt in × g, wird wie folgt berechnet:

RCF = 1,118 × r × (UPM/1000)²

wobei r der Rotorradius in Millimetern ist. Verwenden Sie immer RCF (× g) anstelle von UPM, wenn Sie Protokolle zwischen verschiedenen Zentrifugen vergleichen, da der Radius je nach Rotor variiert.

Rotortypen

• Festwinkelrotoren: Die Röhrchen werden in einem festen Winkel (typischerweise 25–45°) gehalten. Pellets bilden sich an der Seite des Röhrchens. Gut für die meisten Pelletieranwendungen.
• Ausschwingrotoren: Die Röhrchen hängen während des Beladens vertikal und schwenken während der Zentrifugation horizontal aus. Pellets bilden sich am Röhrchenboden und ergeben eine bessere Trennung für Dichtegradienten.
• Vertikalrotoren: Die Röhrchen bleiben während der gesamten Zentrifugation vertikal. Verwendet für schnelle Trennungen in der Dichtegradienten-Ultrazentrifugation.
• Mikrozentrifugen: Kleine Festwinkelrotoren für 1,5–2 mL Röhrchen, üblich für DNA/RNA-Arbeiten.

Wahl von Geschwindigkeit und Zeit

Die Sedimentationsrate hängt von der Partikelgröße ab — größere Partikel pelletieren bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Typische Protokolle:

• Niedrige Geschwindigkeit (500–2000 × g): Pelletieren von Zellen, großen Trümmern.
• Mittlere Geschwindigkeit (5000–15000 × g): Pelletieren von Organellen, Bakterien, Proteinpräzipitaten.
• Hohe Geschwindigkeit (20000–100000 × g): Pelletieren von Mikrosomen, kleinen Vesikeln.
• Ultrazentrifugation (>100000 × g): Pelletieren von Viren, Ribosomen, makromolekularen Komplexen.

Auswuchten und Sicherheit

Wuchten Sie Röhrchen immer nach Masse (nicht Volumen) auf 0,1 g für Hochgeschwindigkeitsrotoren und 0,5 g für Niedriggeschwindigkeitsrotoren aus. Beladen Sie gegenüberliegende Röhrchen mit identischen Röhrchentypen und Füllvolumina. Überschreiten Sie niemals die maximale Geschwindigkeitsbewertung für einen Rotor — Rotorversagen bei hoher Geschwindigkeit ist katastrophal.

Filtrationsprinzipien

Filtration trennt Partikel, indem eine Flüssigkeit durch ein poröses Medium geleitet wird. Die Porengröße bestimmt, was hindurchgeht:

• Tiefenfiltration: Partikel werden in einer faserigen Matrix (z. B. Whatman-Filterpapier) eingeschlossen. Verwendet für grobe Klärung.
• Membranfiltration: Eine dünne Membran mit definierter Porengröße (0,2–10 µm) hält Partikel an der Oberfläche zurück. Verwendet für Sterilisation, Partikelentfernung.
• Ultrafiltration: Membranen mit Poren im Nanometerbereich (1–100 nm) halten Makromoleküle zurück, während kleine Moleküle und Lösungsmittel passieren können. Verwendet für Proteinkonzentration und Pufferaustausch (Zentrifugalkonzentratoren).
• Mikrofiltration (0,1–10 µm): Entfernt Bakterien, Hefen und feine Partikel.

Spritzenfilter und Filtereinheiten

Spritzenfilter mit 0,2 µm oder 0,45 µm Membranen werden für die Sterilisation kleiner Volumen von Proben vor HPLC oder Zellkultur verwendet. Vakuumbetriebene Filtereinheiten (Flaschenaufsatzfilter) bewältigen größere Volumen. Befeuchten Sie Membranen immer für wässrige Lösungen vor und bestätigen Sie die chemische Kompatibilität mit dem Lösungsmittel.