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Die Ultrazentrifuge ist eine für hohe Geschwindigkeiten optimierte Zentrifuge, die Beschleunigungen bis zu 106 g erzeugen kann. Ultrazentrifugen rotieren sehr schnell - bis zu 500.000 mal in der Minute. Der Rotor bewegt sich hierbei im Vakuum, so dass keine Luftreibung auftritt.
Die (analytische) Ultrazentrifuge wurde Mitte der 1920er Jahre von The Svedberg entwickelt, der mit ihr die Sedimentationsgeschwindigkeiten von Makromolekülen und damit ihre ungefähre Molekülmasse bestimmte.
Aufbau
Ultrazentrifugen sind aus Antriebssystem, Kühlung (bzw. auch Heizung), Vakuumpumpen (Verdrängerpumpen und Öldiffusionspumpe), Sensoren und Panzerung aufgebaut. Die Rotoren für die Ultrazentrifuge bestehen zumeist aus einer Aluminium- oder Titan-Legierung bzw. einem Faser-Kunststoff-Verbund. Es finden sowohl Festwinkelrotoren und Vertikalrotoren als auch Ausschwingrotoren Verwendung.
Ultrazentrifugation
Die Nutzung der Ultrazentrifuge nennt man Ultrazentrifugation. Man unterscheidet dabei zwischen präparativer und analytischer Ultrazentrifugation:
- Bei der präparativen Ultrazentrifugation werden gelöste Makromoleküle anhand ihrer Bewegungsgeschwindigkeit (s. a. Sedimentationsgeschwindigkeit) unter dem Einfluss starker Zentrifugalkräfte sortiert, sofern sie sich von dieser in Bezug auf die Dichte unterscheiden.
- Sie findet in der Biologie und Biochemie vor allem Anwendung, um Partikel (Teilchen), wie etwa Lipoproteine, Viren oder andere Makromoleküle zu isolieren. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet von Ultrazentrifugen ist die Isotopentrennung mittels Gaszentrifuge, wie sie beispielsweise für die Uran-Anreicherung vorgenommen wird.
- Bei der analytischen Ultrazentrifugation wird die Bewegung der Analyten im Schwerefeld online spektroskopisch erfasst. Bei der analytischen Ultrazentrifugation sind zwei prinzipielle Experimente zu unterscheiden. Zum einen der Sedimentationslauf der den Sedimentationskoeffizienten liefert, und zum anderen der Gleichgewichtslauf, aus dem sich die molare Masse des Makromoleküls mit hoher Genauigkeit ermitteln lässt.
Beispiele für die Verwendung in der Biochemie
- für die Isolierung von Lipoproteinen (Dichtegradientenultrazentrifugation)
- zum Aufkonzentrieren von Proteinen mit hoher Molmasse, so wie Mikrosomen (Differentialultrazentrifugation)
- als Reinigungsschritt für die Isolation von Viren und Viren-ähnlichen Partikeln, die für Forschung oder als Ausgangsmaterialien (Antigene) für die Herstellung von diagnostischen Tests notwendig sind (Dichtegradientenultrazentrifugation)
