Zentrifugation: Techniken und Anwendungen für biologische Separationen

Wenn Wissenschaftler eine bestimmte Art von biologischem Gewebe oder anderem Material isolieren möchten, verwenden sie oft den Prozess der Zentrifugation. Dabei wird die Probe mit hoher Geschwindigkeit gedreht, um die verschiedenen Komponenten der Probe basierend auf ihrer Masse oder Dichte in Schichten zu trennen. Durch Wiederholung dieses Prozesses bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und leicht unterschiedlichen Techniken können Forscher spezifische Zellen, Organellen oder Moleküle entfernen.

Pellet

Einer der wichtigsten Aspekte der Zentrifugation ist das Pelleting. Das Drehen von Proben mit hoher Geschwindigkeit erhöht die Schwerkraft, die auf die Probe wirkt. Dadurch werden die schwereren Partikel in der Probe zu einem harten Pellet am Boden des Zentrifugenröhrchens komprimiert. Die Geschwindigkeit bestimmt, welche Partikelgrößen im Pellet landen. Höhere Geschwindigkeiten entsprechen einer größeren Bandbreite an Partikeln im Pellet, und niedrigere Geschwindigkeiten pelletieren nur die größten Partikel.

Überstand

Nachdem eine Probe zentrifugiert wurde, wird die verbleibende Flüssigkeit, die nicht Teil des Pellets geworden ist, als Überstand bezeichnet. Sie besteht aus kleineren, leichteren Partikeln, die nicht durch die erhöhte Schwerkraft nach unten gezogen wurden. Dieser Überstand kann dann gesammelt und zum Testen verwendet oder, falls nötig, weiter gedreht werden, um ein Zielmaterial weiter zu isolieren. Überstände werden oft von der Oberseite des Zentrifugenröhrchens mit einer Pipette oder Mikropipette entfernt.

Isolierung basierend auf Masse

Eine der am häufigsten verwendeten Techniken, um Partikel basierend auf Masse zu trennen, ist die differenzielle Zentrifugation. Bei diesem Prozess wird eine Probe zuerst mit relativ niedriger Geschwindigkeit gedreht. Der Überstand wird dann extrahiert und mit höherer Geschwindigkeit gedreht. Es bildet sich auch in diesem Röhrchen ein Pellet, und Wissenschaftler werden weiterhin Überstände entfernen und bei höheren Geschwindigkeiten und für längere Zeiträume drehen, um immer kleinere Partikel zu erhalten, bis sie eine kleinere Probe isoliert haben, die das Zielmaterial enthält.

Isolierung basierend auf Dichte

Obwohl differenzielle Zentrifugation die meisten Materialien loswerden kann, die größer als das Ziel sind, bleiben die kleineren Partikel noch vorhanden. Um das Ziel weiter zu isolieren, können Wissenschaftler basierend auf der Dichte der Partikel isolieren. Bei diesem Prozess wird ein Zentrifugenröhrchen mit Schichten von Medien unterschiedlicher Dichte gefüllt, von der dichtesten bis zur am wenigsten dichten. Wenn die Probe oben darauf platziert und zentrifugiert wird, trennen sich die Partikel basierend auf ihren Dichten in verschiedene Schichten. Auf diese Weise können die Wissenschaftler genau das Material erhalten, das sie wollen.