Wie ein Zentrifuge funktioniert: Materialien nach Dichte trennen

Spinnende Wissenschaft: Die Physik der Zentrifugation

Eine Zentrifuge nutzt schnelle Rotation, um Fliehkraft zu erzeugen, und trennt Mischungen nach Dichte in Schichten. Sie ist ein Arbeitspferd in Laboren, Kliniken und der Industrie.

Kernkomponenten

• Rotor: Hält Probenröhrchen; Festwinkel- oder Schwenkbehälter-Designs.
• Motor: Lässt den Rotor mit Tausenden von Umdrehungen pro Minute (RPM) drehen.
• Kammer: Umschließt den Rotor; oft gekühlt für temperatursensitive Proben.
• Bedienfeld: Legt Geschwindigkeit, Zeit, Temperatur und Beschleunigungs/Verzögerungsprofile fest.

Das Trennprinzip

Fliehkraft = Masse × Radius × (Winkelgeschwindigkeit)². Dünnere Partikel erfahren eine größere äußere Kraft und wandern zum Boden des Röhrchens. Weniger dichte Komponenten (Plasma, Öl, Überstand) steigen nach oben. Unterschiedliche Bänder bilden sich: am dichtesten unten, am wenigsten dicht oben.

Häufige Anwendungen

• Klinisches Labor: Trennung von Plasma/Serum von Blutzellen für Tests.
• Blutbank: Isolierung von Thrombozyten, Erythrozyten, Plasma für Transfusionen.
• Forschung: Zellen, Organellen, Nukleinsäuren, Proteine pelletieren.
• Industrie: Trennung von Sahne von Milch, Öl von Wasser, Feststoffen von Schlämmen.

Arten von Zentrifugen

• Mikrozentrifugen: Tischgeräte, 1,5–2 mL Röhrchen, bis zu 15.000+ RPM. Standard in der Molekularbiologie.
• Hochgeschwindigkeitszentrifugen: Größere Volumina, 20.000+ RPM. Zellfraktionierung, Virusreinigung.
• Ultrazentrifugen: 100.000+ RPM. Makromolekültrennung, Dichtegradienten.
• Industriezentrifugen: Kontinuierlicher Durchfluss, Hochvolumenverarbeitung (Abwasser, Lebensmittel, Chemie).

Von einem Blutstropfen bis zu einem Tank Abwasser verwandelt die Zentrifuge Dichteunterschiede in saubere Trennung.