DE2057516B2 - Gradientzonenzentrifugenrotor - Google Patents

Description

eine durch Zentrifugieren voneinander trennen. Der F i g. 4 eine Explosionsansicht der in F i g. 1 darge-

Zonenzentrifugenrotor läuft dabei mit 3000 bis 5000 stellten Vorrichtung.

Umdrehungen pro Minute um, wobei sich die Mate- Fig. 1 zeigt eine kegelförmige Nabe 21, die vom rialien unterschiedlicher Dichte in vetikalen Ringzo- oberen Ende einer nicht dargestellten Zenlrifugenoen um die Achse des Zentrifügearotors anordnen, s welle getragen wird, die mit einem Elektromotor Verlangsamt man den Rotor und hält ihn schließlich oder dergleichen gedreht wird. Auf der Nabe 21 sitzt an, so orientieren sich die Zonen unterschiedlicher ein Rotorkörper 22 aus Aluminium oder aus einem Dichte in horizontale Bereiche um. Es ist nun in An- ähnlichen Material, dessen Achsteil 23 unten eine kebetracht der großen Flächenausdehnung dieser Be- gelförmige axiale Aussparung 24 aufweist, die auf die reiche und ihrer geringen Höhe schwierig, die Mate- io Nabe 21 aufgepaßt ist Das obere, verengte Ende der rialien unterschiedlicher Dichte fraktioniert und sau- Aussparung 24 geht in eine sich nach außen erstrekber getrennt aus dem Zonenzentrifugenrotor zu ent- kende ringförmige Schulter 26 über, welche die Benehmen, grenzung der Aussparung 24 gegen eine sich nach

Deshalb ist es auch schon bekannt (USA-'Patent- oben erstreckende Achsöffnung 27 darstellt Nach schrift 2 827 229), den Zonenzentrifugenrotor wan- is oben hin endet die Nabe 21 in einem Gewindestumpf rend des Beschickens mit dem zu zentrifugierenden 28, der sich in der Achsöffnung 27 nach oben erMaterial und während dessen Entnahme ständig streckt und mit einer Mutter 29 verschraubt ist, weiterlaufen zu lassen. Dafür sind Zonenzentrifugen- durch die eine auf die Schulter 26 aufliegende Unterrotoren mit Umlaufdichtungen erforderlich. Das lagscheibe 31 nach unten gedruckt wird, wodurch der bringt konstruktive Schwierigkeiten mit sich. Über- ao Rotorkörper 22 fest mit der Nabe 21 verbunden dies ist die Bedienung schwierig. wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gradiciilzü- Das obere äußere Teil des Rotorkörpers 22 ist mit

nenzentrifugenrotor der eingangs genannten bekann- einem Gewinde 32 versehen, das mit dem Innenge-

ten Art so auszubilden, daß er bei einfacher Bedie- winde 33 des sich nach unten erstreckenden Rand-

nung und Konstruktion eine hohe spezifische Tren- as flansches 34 einer aus Aluminium oder aus einem

nung der einzelnen Dichteschichten bei der Guteut- ähnlichen Material bestehenden kreisrunden Deck-

nahme bei stillstehendem Rotor ermöglicht. platte 36 verschraubt werden kann, die so abnehm-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- bar an dem Rotorkörper 22 befestigt wird. Die Decklöst, daß der Boden als V-förmige Ringrinne ausge- platte 36 kann mehrere Aussparungen 37 aufweisen, bildet ist und die Gutentnahme aus der Ringkammer 3» die das Ansetzen eines Werkzeuges gestatten, wenn an einer ringförmigen schmalen Sohle der V-förmi- die Deckplatte auf dem Rotor festgeschraubt oder gen Ringrinne erfolgt. ^von diesem wieder abgenommen werden soll. Die

Zunächst handelt es sich also um eine konstruktiv Deckplatte 36 weist ferner eine zentrale öffnung 38 überaus einfache Ausbildung, bei der insbesondere auf, deren Zweck weiter unten erläutert werden soll, keine Umlaufdichtung erforderlich ist. Die Abdich- 35 In der oberen Fläche des äußeren Teils des Rotortung kann vielmehr durch eine mit dem Rotorkörper körpers 22 ist in ringförmiger Erstreckung eine Ausverbundene und mit diesem umlaufende Abdeckung sparung 39 vorgesehen, in die ein geschlossener Ring erfolgen, so daß keine Relativbewegungen zwischen 40 aus einem geeigneten elastischen Material wie bei-Rotorkörper und einer stillstehenden Umlaufdich- spielsweise Gummi, einem Polyamidkunststoff oder tung mit den dabei auftretenden Dichtungsproblemen 40 dergleichen aufgenommen ist, so daß zwischen der erforderlich werden. Die Gutbeschickung und die Deckplatte 36 und dem gegen diese anliegenden Teil Gutentnahme können bei Stillstand des Rotors erfol- des Rotorkörpers ein flüssigkeitsdichter Verschluß gen. Dennoch ergibt sich infolge der V-förmigen Ring- gebildet wird.

rinne eine ausgezeichnete spezifische Dichtetren- In dem Rotoricörper 22 ist eine Ringkammer 41

nung, da bei fortlaufender Materialentnahme die ver- 45 (F i g. 4) als Schleuderkammer vorgesehen, die durch

minderte Materialmenge einer Dichte am Scheitel der eine senkrechte äußere Kreiswand 42 und durch eine

V-förmigen Ringrinne wegen der dort verminderten in einem Abstand von dieser angeordnete senkrechte

Fläche noch eine Schicht ausreichender Dicke für die innere Kreiswand 43 gebildet wird, die in bezug auf

saubere Trennung bei der Gutentnahme zu bilden die Achse des Rotorkörpers konzentrisch sind. Die

vermag. Diese kann einfach über Entnahmeöffnun- 50 untere Randkante der äußeren Kreiswand 42 geht in

gen am Scheitel der V-förmigen Ringrinne erfolgen, eine nach innen und nach unten geneigte Außenwand

die bei Rotorstillstand mit entsprechenden Kanälen 44, ebenso die innere Kreiswand 43 in einer nach

eines Verteilers verbunden werden, oder über ebenso außen und nach unten geneigten Innenwand 46 über,

mit einem Verteiler zusammenwirkende Kanäle in die konvergieren und eine V-förmige Ringrinne 47

Scheidewänden, die der Querschnittsform der Ring- 55 bilden, die sich konzentrisch um die Achse des Ro-

kammer einschließlich der V-formigen Ringrinne an- torkörpers 22 erstreckt. Zumindest in einem Teilbe-

gepaßt sind und die Ringkammer in eine Vielzahl reich ihrer Ausdehnung umschließt die Ringkammer

einzelner Kammern unterteilen. Man erhält also 41 konzentrisch die Aussparung 24.

einen einfach aufgebauten Rotor, dessen Bedienui,^ Bei einigen Ausführungsformen kann die Konver-

unkornpüziert ist und der dennoch eine ausgezcich- 60 genz der geneigten Wandungen 44 und 46 bis zur

nete Trennung der Materialien verschiedener Dichte Ausbildung einer scharfen Scheitelspitze gesteigert

bei der Gutentnahme ermöglicht. sein. Bei der in den Zeichnungen gezeigten Ausfüh-

In den Zeichnungen zeigt rungsform hat der Fuß der Ringrinne 47 die Form

F i g. 1 einen Vertikalschnitt des Rotorkörpers, einer schmalen, ringförmigen Sohle 48, die in radia-

F i g. 2 einen bei Linie 2-2 von F i g. 1 gelegten 65 ler Richtung im wesentlichen den gleichen Abstand

Schnitt, von den Wandungen 42 und 43 hat. Bei anderen

F i g. 3 eine in einem größeren Maßstab dargestellte lassen sich die verschiedenen Zellmolekülarten, wie

Einzelheit und Nucleinsäure, Polysaccharide und bestimmte Pro-

Ausführungsformen können die Wandungen der 51 indessen zusammen mit dem zylindrischen Kern V-förmigen Ringrinne oben an die Wandungen 42 52 als einheitliches Bauteil ausgebildet, so daß die bzw. 43 über zwischengeschaltete kurze, ringförmig Kammersektoren in der Ringkammer 41 durch einen geführte Schrägungen oder Wölbungen angeschlos- für jede Scheidewand gesondert innerhalb des Kerns sen sein. Auch können die Wandungen 44 und 46 5 vorgesehenen senkrechten Kanal 66 gefüllt und entder V-förmigen Ringrinne 47 in einer beliebigen, ge- leert werden können, wobei dieser senkrechte Kanal eigneten Weise gewölbt sein. jeweils in einem nach außen und nach unten geneig-

In der Ringkammer 41 sind in auswechselbarer ten Kanal 67 überleitet, dessen untere offene Mün-Anordnung in radialer Erstreckung Trenn- oder dung 68 in der Ringkante 63 liegt und als Entnahme-Scheidewände 51 hintereinandergereiht, so daß die io öffnung dient.

Kammer in eine Vielzahl von im wesentlichen gleich- Der Achsteil 23 des Rotorkörpers 22 trägt einen

artigen Kammersektoren unterteilt wird. An ihren in- abnehmbaren Verteiler 71, der in die öffnung 38 der neren vertikalen Rändern sind die Scheidewände 51 Deckplatte 36 eingesetzt ist. Der Verteiler 71 kann mit einem rohrförmigen zylindrischen Kern 52 zu durch mehrere Schraubbolzen 72, die in Abständen einem Ganzen verbunden, an dessen zylindrischer 15 voneinander eingezogen sind, an dem Rotor 22 befe-Innenfläche in Erstreckung nach innen ein oberer stigt sein. An dem Verteiler 71 ist in einstückiger und ein unterer Ringflansch 54 bzw. 56 vorgesehen Ausbildung in Erstreckung nach oben ein axialer sind, die im leichten Gleitsitz auf die innere Kreis- Ansatz 73 vorgesehen, der einen einzigen senkrechwand 43 des Achsteils 23 des Rotorkörpers 22 auf- ten Zentralkana! 74 in axialer Anordnung aufweist, gepaßt sind. Am oberen Teil der senkrechten Rand- 20 welcher an seinem unteren Ende in mehrere Kanäle kante 58 einer jeden Scheidewand 51 ist in einstücki- 76 überleitet, die in Abständen voneinander radial ger Ausbildung mit dieser ein nach außen ragender nach unten und nach außen führen und deren Zahl Vorsprung 59 vorgesehen, der in Verbindung mit gleich der Zahl der Scheidewände 51 ist. Jeder dieser den Ringflanschen 54 und 56 zur Ausrichtung der Kanäle 76 leitet in den in der betreffenden Scheide-Scheidewände in der Ringkammer 41 dient. Sollen 25 wand 51 vorgesehenen senkrechten Kanal 66 über,
die Scheidewände 51 aus der Ringkammer 41 her- Fig. 3 zeigt eine typische Möglichkeit einer Anausgenommen oder wieder eingebaut werden, so Ordnung zum Verbinden eines jeden der Kanäle 76 wird der zylindrische Kern 52 von dem Achsteil 23 mit dem betreffenden Kanal 66, wobei hier in dem des Rotorkörpers 22 abgehoben bzw. auf diesem Kern 52 im Bereich des Kanals 66 eine Aussparung nach unten geschoben. Die in der Zeichnung darge- 30 77 vorgesehen ist, in der ein geschlossener Ring 78 stellte Ausführungsform weist sechs Scheidewände befestigt ist. Das obere Ende eines länglichen, röhr-51 auf, doch können statt dessen natürlich auch vier, chenförmigen Paßstücks 79 erstreckt sich im Preßsitz acht oder zwölf Scheidewände oder eine andere ge- in den Verteiler 71 hinein, wodurch die Verbindung eignete Anzahl vorgesehen sein. mit dem Kanal 76 hergestellt wird. Das untere Ende

Nach unten ist jede der Scheidewände 51 durch 35 des Paßstücks 79 ist grob in den Kern 52 eingepaßt zwei konvergierende Randkanten 61 und 62 be- und stellt dort die Verbindung mit dem Kanal 66 grenzt, wobei sich die äußere Randkante 61 dem her, !»0 daß zwischen dem Kanal 76 und dem Kanal Winkel der Außenwand 44 der Ringrinne 47, die in- 66 eine in sich einheitliche Überleitung gebildet wird, nere Randkante 62 dem Winkel der Innenwand 46 Eir>p flüssigkeitsdichte Verbindung wird durch einen anpaßt, so daß die Randkanten und die Rinnen- 40 in einstückiger Ausbildung an dem Paßstück 79 vorwände eng aufeinanderpassen, wie dies in F i g. 1 ge- gesehenen Ringflansch 81 gewährleistet, der eng am zeigt ist. Die Randkanten 61 und 62 laufen in einer Ring 78 anliegt, wenn der Verteiler 71 fest nach unschmalen, horizontalen Ringkante 63 zusammen, die ten gegen das Achsteil 23 des Rotorkörpers 22 gesich im wesentlichen parallel zu der ringförmigen drückt wird. Es können auch andere geeignete Maß-Sohle 48 der Ringrinne 47 erstreckt und von dieser 45 nahmen getroffen werden, um zwischen den Kanälen einen geringen Abstand hat, so daß die Flüssigkeit in 76 in dem Verteiler 71 und den betreffenden Kanäbenachbarten Kammersektoren kommunizieren len 66 in dem Kern 52 eine leckdichte Verbindung kann, womit gewährleistet ist, daß in jedem Kammer- sicherzustellen.

sektor infolge des hydrostatischen Druckausgleichs Ist der Verteiler 71 in seiner Stellung festge-

Schichten gleicher Dichte jeweils die gleiche Lage 50 schraubt, so sind damit auch der Kern 52 und die einnehmen, während außerdem hierdurch auch das Scheidewände 51 in ihrer Stellung festgelegt Dei Einbringen von Materialien in die Kammersektoren Zentralkanal 74 am Oberteil des Verteilers 71 wird sowie die Entnahme der Materialien aus diesen zum Einfüllen und zur Entnahme der Dichtegradurch die noch zu beschreibenden Scheidewandka- dientflüssigkeit und der verteilten Partikeln durcl näle erleichtert wird. 55 einen Schlauch mit der Pumpe verbunden, doch wird

Die Scheidewände 51 können als Einzelplatten der Schlauch vor Beginn des Zentrifugierens abgeausgebildet sein, die in einer geeigneten Hinteranein- nommen.

anderreihung in radialer Erstreckung in die Ring- Zur Inbetriebnahme wird der in dem Ansatz 73

kammer 41 eingeführt werden, so daß das zu zentri- vorgesehene Zentralkanal 74 zunächst mit einer gefugierende Material in die getrennte Kammersekto- 60 eigneten Vorratsquelle für eine Dichtegradientflüssigren eingefüllt und aus diesen nach erfolgter Zentrifu- kett mit kontinuierlichem Dichteübergang verbungierung durch geeignete Hilfsmittel wieder entnom- den, wobei es sich hier um einen Flüssigkeitsstrom men werden kann, wobei die Scheidewände in ihrer handelt, bei dem sich die Dichte der Flüssgkeit von Form und Größe der Querschnittsfonn der Ring- einem anfänglichen Tiefstwerst bis zu einem schließkammer 41 und der V-förmigen Ringrinne 47 ange- 65 lieh erreichten Höchstwert progressiv ändert Solche paßt sind. Dichiegradientflüssigkeiten werden routinemäßig ir

Bei der hier beschriebenen und dargestellten be- Laboratorien hergestellt, in denen man sich mil vorzugten Ausführungsform sind die Scheidewände Dichtegradientzentrifugjerung befaßt, wobei mai

sich zu diesem Zweck eines handelsüblichen Geräts dann die Trennung herbeigeführt, so wird der Rotorbedient, das als «Gradientmaschine» bezeichnet körper abgebremst, wobei die Dichtegradientflüssigwird. Die Dichtegradientflüssigkeit kann mit Hilfe keit wie ebenso auch die Zonen der abgetrennten einer an die Vorratsquelle 85 der Gradientflüssigkeit Partikel jetzt eine erneute Umorientierung erfahren, angeschlossenen Schlauchradpumpe 84 oder in ande- 5 Sobald der Rotorkörper dann wieder zum Stillstand rer Weise durch eine geeignete Schlauchleitung 83 gekommen ist, liegen die getrennten Teilchen des dem Zentralkanal 74 zugeleitet werden. Vor Beginn Probenmaterials in einer Anzahl voneinander gesondes Zentrifugierens und während der Rotorkörper derter, horizontaler, scheibenförmiger Schichten in stillsteht, durchströmt die Dichtegradientflüssigkeit dem nun wieder vertikalen Dichtegefälle der Gradie Kanäle 76 im Verteiler 71 als kontinuierlicher io dientflüssigkeit vor. Der zur Pumpe führende Flüssigkeitsstrom, fließt weiter durch die Kanäle 66 Schlauch wird dann mit dem Zentralkanal 74 des und 67 des Kerns 52 bzw. der Scheidewände 51, um Verteilers 71 verbunden, und die Dichtegradientflüsschließlich durch die Mündungen 68 am tiefsten sigkeit, welche die abgetrennten Teilchen des ProPunkt der Scheidewände im Scheitel der Ringrinne 47 benmaterials enthält, wird aus der Ringkammer 41 auszuströmen, so daß sich sämtliche Kammersekto- 15 herausgepumpt, wobei an der Sohle 48 der V-förmiren gleichzeitig füllen. Die Flüssigkeit wird dann gen Ringrinne 47 mit denjenigen Anteilen der Gradurch die unmittelbar nachfolgenden dichteren Flüs- dientflüssigkeit begonnen wird, welche die größte sigkeitsanteile nach oben verdrängt. In dieser Weise Dichte haben, worauf die Flüssigkeit in einer Anzahl wird die Schleuderkammer des Rotors nach und von Fraktionen aufgefangen wird,
nach mit einer Dichtegradientflüssigkeit gefüllt, de- 20 Es braucht nicht besonders betont zu werden, daß ren Bereich größter Dichte am Boden der V-förmigen man beim Einfüllen von Dichtegradientflüssigkeiten Ringrinne 47 liegt, während die Dichte nach oben und Proben in die Ringkammer 41 zum Zentrifugiehin progressiv abnimmt. Die zwischen den unteren ren darauf achtet, daß zwischen der Oberfläche die-Ringkanten 63 der Scheidewände 51 und der ringför- ser Materialien und dem Oberteil des Rotorkörpers migen Sohle 48 verbleibenden Zwischenräume bieten 25 22 ein hinreichender Abstand verbleibt, so daß der die Gewähr, daß sich alle Kammern gleichmäßig fül- Durchmesser der innenseitigen Oberfläche des beim len, da zwischen benachbarten sektorförmigen Fä- Schleudervorgang durch das Aufsteigen der Flüssigehern ein Ausgleich erfolgen kann. keitsmasse bis gegen die untere Fläche der Deck-

Beim Betrieb des Geräts kann einerseits so verfah- platte 36 gebildeten, rotierenden Flüssigkeitszylinren werden, daß man zunächst durch die Kanäle 66 30 ders zumindest im oberen Teil etwas größer ist als und 67 das Sohlenteil der V-förmigen Ringrinne 47 der Durchmesser der öffnung 38, damit es nicht zu mit dem Probenmaterial bedeckt, dessen Teilchen Spritzverlusten durch diese öffnung kommt,
einem Trennungsvorgang unterworfen werden sollen. In dem Rotor mit Gradientzonenneuausrichtung

um erst hierauf die Dichtegradientflüssigkeit einzu- spielen sich die folgenden Vorgänge ab: Wenn der füllen, wodurch das Probenmaterial in der Ringkam- 35 Rotorkörper einleitend beschleunigt wird, setzt eine mer 41 aufschwebt. Dann wird der Schlauch, der die Umorientierung der Dichtegradientflüssigkeit und Verbindung zur Pumpe herstellt, am Verteiler 71 ab- des Probenmaterials innerhalb der Ringkammer 41 genommen, und man läßt den Rotorkörper anlaufen, ein. Hierbei krümmt sich jede der Schichten gleicher so daß gleichzeitig eine Umorientierung oder Dichte nach innen und bildet ein Rotationsparabo-Neuausrichtung der Gradientflüssigkeit und des Pro- 40 loid um die Drehungsachse. Im Verlauf der weiteren benmaterials erfolgt Ist der Rotorkörper nach dem Beschleunigung wird ein Betrag der Zentrifugalkraft Abschleudern zum Stillstand gekommen, so wird der erreicht, der groß genug ist, um die Schichten in sich zur Pumpe führende Schlauch wieder an den Vertei- gleicher Dichte in eine senkrechte Lage zu bringen, ier 71 angeschlossen, und die in getrennten Schichten Auch die Zone des Probenmaterials hat nun eine vorliegenden Teilchen des Probenmaterials werden 45 Umorientierung erfahren, so daß sie jetzt zunächst durch Rückpumpen aus der Ringkammer 41 entnom- als eine einzige zylindrische Innenzone in Erstrekmen und durch die Mündung 68 sowie die Kanäle 67 kung um die Drehungsachse vorliegt. Die Partikel und 66 in einen geeigneten Fraktionssammelbehälter des Probenmaterials set2en sich anschließend ab, in-86 überführt. dem sie unter der Einwirkung der Beschleunigungs-

Erwünschtenfalls kann man andererseits aber auch 50 kraft radial von der Drehungsachse fortwandern, \voso vorgehen, daß man zuerst die Dichtegradientflüs- bei für ihre Sediinentationsgeschwindigkeit ihre jesigkeit in Schichten gleicher Dichte in die Sektorfä- weilige Größe und Dichte bestimmend sind. Demzucher des Rotors einfüllt, wobei man sich der obenbe- folge sammeln sich die Teilchen des Probenmaterials schriebenen Hilfsmittel bedient, worauf man den nun im Durchdringen der Dichtegradientflüssigkeil Verteiler 71 abnimmt und die Gradientflüssigkeit 55 in verschiedenen, von einander gesonderten, konzendurch Anlaufenlassen des Rotorkörpers einer einst- trischen, vertikalen zylindrischen Säulen. Ist die geweiligen Umorientierung in eine Vielzahl vertikaler, wünschte Trennung der Teilchen erfolgt, wo wird die zylindrischer Schichten jeweils in sich gleicher Dichte Drehbewegung des Rotors allmählich verlangsamt unterwirft Danach wird das Probenmaterial durch wobei die Dichtegradientflüssigkeit, die jetzt die ab Aufsprühen auf die umorientierte Gradientflüssigkeit 60 getrennten Partikel enthält, erneut eine Umorientie oder in ähnlicher Weise eingebracht, worauf die Ab- rung in der Ringkammer 41 erfahrt, so daß man ein< schleuderung erfolgt, in deren Verlauf das Proben- horizontale Schichtung erhält, was also bedeutet, dal material zunächst an der inneren Kreiswand 43 eine die einzelnen Zonen der abgetrennten Teilchen η vertikale zylindrische Zone bildet, aus der die Parti- der Gradientflüssigkeit nun m Form einer Vielzah kel des Probenmaterials durch die Schichten gleicher 65 von räumlich gesonderten, horizontal angeordneten Dichte hindurchwandera oder sich in diesen abset- scheibenförmigen Ringen in vertikaler Aufeinander zen, so daß sie schließlich in einer Anzahl konzentri- folge vorliegen,
scher Zonen um die Drehungsachse verteilt sind. Ist Die geneigten Wandungen 44 und 46 der V-förmi

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gen Ringrinne 47 können hinsichtlich des Winkels, chen Flüssigkeit langsam auch in der V-förmigen den sie jeweils gegen eine Horizontalebene bilden, Ringrinne 47. Die einzelnen Schichten der voneinansymmetrisch angeordnet sein, und eine solche Aus- der getrennten Partikel fließen zwischen den konverbildung bietet bei dem durch die Erfindung geschaf- gierenden Wandungen der V-förmigen Ringrinne 47 fenen Gerät die Gewähr, daß geeignete Betriebsbe- 5 jeweils in sich nacheinander in einer schmalen Strödingungen eingehalten werden können, doch ist in mungsbahn zusammen, so daß sie durch die in dem den Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform aus den Scheidewänden und aus dem Kern bestehendargestellt, bei der die Außenwand 44 in einem Win- den Bauteil des Geräts vorgesehenen Kanäle 67 und kel von annähernd 30° gegen die Horizontalebene 66 in einer geeigneten Aufeinanderfolge entnommen angeordnet ist, die Innenwand 46 hingegen in einem io werden und einzeln in Reagenzgläsern aufgefangen Winkel von annähernd 45°. Bei einer solchen asym- werden können, sobald sie aus dem eigentlichen Rometrischen Anordnung befindet sich die Sohle der toraufbau herausgeströmt sind,
von dem Probenmaterial im Frühstadium des Ab- Vor dem Entleeren der Ringkammer 41 des Roschleuderungsvorgangs in vertikaler Erstreckung ge- torkörpers 22 sind die aufzufangenden Zonen mit bildeten Ringzone im wesentlichen an der unteren 15 den Partikeln des Probenmaterials in einer Anzahl Randkante der Kreiswand 43, das höher liegt als das von horizontalen Schichten angeordnet, die in der untere Ende der äußeren Kreiswand 42. Im weiteren Gradientflüssigkeit suspendiert und jeweils durch Verlauf des Zentrifugiervorgangs wandert dann also einen senkrechten Abstand voneinander getrennt die den Achsteils 23 des Rotorkörpers 22 umge- sind. Beim Auspumpen der Gradientflüssigkeit aus bende, anfänglich noch schmale zylindrische Zone 20 dem Rotor sinken alle Schichten des Probenmaterials des Probenmaterials durch die Ringkammer 41 zur langsam zum Boden des Rotors ab. Solange bei dieäußeren Kreiswand 42. Da beim Zentrifugieren die ser Absenkbewegung noch nicht die V-förmige Rinne Sedimentation der Teilchen des Probenmaterials in erreicht ist, bleibt der Flächeninhalt der Oberfläche einer Richtung senkrecht zur Achse der zunächst ge- einer jeden Zone des Probenmaterials gleich und bildeten zylindrischen Zone des Probenmaterials er- 25 auch der Abstand zwischen den Zonen des Probenfolgt, gelangen diejenigen der wandernden Partikel, materials bleibt unverändert. Bewegt sich die Flüsdie schließlich die äußere Kreiswand 42 erreichen, sigkeit dann jedoch im Bereich der V-förmigen Ringnicht in jenen Anteil der Dichtegradientflüssigkeit. rinne 47 nach unten, so verringert sich die Oberfläder sich in der durch die Wandungen 44 und 46 be- chengröße einer jeden Zone des Probenmaterials grenzten Ringrinne 47 befindet. Die asymmetrische 30 und da das Flüssigkeitsvolumen einer jeden Zone als Ausbildung der V-förmigen Ringrinne 47, verbunden solches konstant bleiben muß. so folgt hieraus, daß mit der Vorkehrung, daß sich die äußere Kreiswand sich jede der Zonen hierbei in ihrer vertikalen Aus-42 mit ihrer unteren Randkante weiter nach unten dehnung vergrößert. Aus dem gleichen Grund nimmt erstreckt als die innere Kreiswand 43, wobei das un- auch der vertikale Abstand zwischen den einzelnen tere Ende der Wandung 43 in etwa der Ort für den 35 Schichtzonen des Probenmaterials zu, und hierdurch unteren Rand der anfänglichen zylindrischen Zone wird Mischungsvorgängen vorgebeugt, wie sie andes Probenmaterials ist, bietet somit die Gewähr für dernfalls jetzt zwischen den Schichtzonen des Proein gleichmäßiges Sedimentieren des gesamten Mate- benmaterials einsetzen könnten. Der Oberflächenberials der Probenmaterialzone dank der Möglichkeit reich einer jeden Zonenschicht verringert sich auf der unbehinderten Wanderung dieser Zone in ihrer 40 einen Minimalwert, wenn der Scheitelpunkt der gesamten vertikalen Ausdehnung durch die Ring- V-förmigen Ringrinne 47 erreicht wird, und zu dickammer 41. sem Zeitpunkt hat die jeweilige Zone des Probenma-

Die vertikale Erstreckung der Probenmaterialzone terials die Mündung 68 durchströmt und wird nun läßt sich ohne weiteres auf empirischem Wege festle- durch die Kanäle 67 und 66 aus dem Rotor abgegen, wenn man die Abmessungen der V-förmigen 45 saugt. Da sämtliche Partikel in einer im Scheitel-Ringrinne 47 kennt, so daß diese Rinne mit einer punkt der V-förmigen Ringrinne 47 befindlichen Menge der Dichtegradientflüssigkeit gefüllt werden Schichtzone des Probenmaterials stets einer dei kann, die hinreicht, damit sich der untere Rand der Auslaßöffnungen näher sind als die Partikeln in andc Probenmaterialzone noch oberhalb odev doch ein ren Schichtzonen, sind die Möglichkeiten für eine wenig oberhalb jenes Punktes erstreckt, an dem die 50 Vermischung der Zonenschichten auf ein Minimurr äußere Kreiswand 42 der Ringkammer 41 und das beschränkt

obere Ende der Außenwand 44 der V-förmigen Ring- Durch die zusammenlaufenden Wandungen de

rinne 47 aufeinanderstoßen. V-förmigen Ringrinne 47 wird gewissermaßen ein«

Ein weiterer Vorteil der für die Schleuderkammer Bündelung einer jeden Zonenschicht auf den Rinnen

des Geräts vorgesehenen V-förmigen Ringrinne 47 55 scheitel erreicht und wird damit die Gewähr für die

liegt darin, daß sie wesentlich besser zur gesonderten Einhaltimg der richtigen Reihenfolge beim Auspum

Entnahme der getrennten, horizontalen Schichten des pen aus dem Rotor gegeben. Die V-förmige Ring

Probenmaterials aus dem Rotor geeignet ist. Zu die- rinne 47 wirkt somit ähnlich wie ein Trichter: si<

sem Zweck wird die Dichtegradientflüssigkeit unter garantiert ein geordnetes Ausströmen der Flüssigkei

Anwendung der obengenannten Hilfsmittel vom Soh- 60 aus dem Rotor, wobei die in den einzelnen Schichtei

!enteil der V-förmigen Ringrinne 47 aus der Ring- der Dichtegradientflüssigkeit suspendierten Teifchei

kammer 41 herausgepumpt, und zwar in der Weise, den Rotor genau in der gleichen Reihenfolge vedas

daß man mit denjenigen Anteilen beginnt, die sich sen, in der sie zuvor vertikal angeordnet waren, be am Fuß der V-förmigen Rinne befinden (mit anderen vor mit dem Entleeren begonnen wurde.

Worten, die Strömungsfolge ist jetzt umgekehrt wie 65 Wäre am Boden des Rotorkörpers 22 keine Ring

beim Einfüllen der Dichtegradientflüssigkeit in den rinne 47 vorgesehen, so würde jede Zone des Pro

Rotor). Im weiteren Verlauf des Auspumpens senkt benmaterials im Niedersinken ihre maximale Ober

sich der Spiegel der in dem Rotorkörper 22 befindli- flächengröße unverändert beibehalten und würd

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sich über den gesamten flachen, ringförmigen Rotor- doch würde dies der Trichterwirkung beim Entleeboden ausbreiten. Unter diesen Verhältnissen würde rungsvorgang abträglich sein, da eine flache Winkeldie Entnahme der jeweils am Rotorboden befindli- stellung fast die gleichen Mangel nach sich zieht, wie chen Zonenschicht mit Teilchen des Probenmaterials sie zutage treten, wenn überhaupt keine Rinne vorgein einer denkbar ungeeigneten Weise vonstalten ge- 5 sehen ist. Als Pendant hierzu ist die Tatsache zu erhen, vor allem deshalb, weil eine Anzahl Partikel in wähnen, daß eine spitzwinklige Ausbildung der anderen höhergelegenen Zonenschichten der Gradient- V-förmigen Ringrinne zwar ein einwandfreies Beflüssigkeit der Mündung 68 ebenso nahe wären wie schicken und Entleeren gestatten würde, andererseits andere Partikel an den Rändern der Probenmatcrial- aber auch dem Nutzvolumen der Ringkammer 41 zone, die dann bereits auf den flachen Kammerboden io enge Grenzen setzen würde. Man kann einen beliebiaufliegen wurden. Demzufolge würden sich die Zo- gen Winkel gegen die Horizontalebene von 10° bis nenschichten miteinander vermischen, und die beim 75° wählen, doch wird sich dieser Winkel in der Zentrifugieren erzielte Trennschärfe würde daher Praxis in dem Bereich von 20° bis 60° halten,
beim Entnahmevorgang wieder verlorengehen. Es ist Bei einer geeigneten Ausführungsform, bei der die

auch zu beachten, daß beim NichtVorhandensein 15 V-förmige Ringrinne 47 symmetrisch ausgebildet einer V-förmigen Ringrinne 47 der Abstand zwischen war, wiesen die Wandungen 44 und 46 eine Winkeiden Zonenschichten des Probenmaterials bei ihrem stellung von annähernd 47 gegen die Horizontale Niedergehen auf den flachen Boden des Rotoii. auf. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen eine gleichbleiben würde, wohingegen sich der Abstand asymmetrische Ausbildung der V-förmigen Ringrinne zwischen den Zonenschichten des Probenmaterials 20 47 erwünscht ist, hat sich gezeigt, daß eine Winkelim Zuge ihrer Abwärtsbewegung zum Kammerboden stellung gegen die Horizontalebene von 30^r für die bei vorhandener V-förmiger Ringrinne 47 vergrößert, Außenwand 44 und von 45^c für die Innenwand 46 wodurch der Möglichkeit einer Vermischung weiter günstig ist. Auch andere asymmetrische Anordnunentgegengewirkt wird. gen der Wandungen 44 und 46 sind zur Erzielung

Auch beim Beschicken des Rotorkörpers 22 25 guter Arbeitsresultate mit dem erfindungsgemäßen kommt der V-förmigen Ringrinne 47 in ähnlicher Gerät geeignet.

Weise entscheidende Bedeutung zu, wenngleich ihre Es sei hervorgehoben, daß die hier beschriebene

Wirksamkeit in dieser Beziehung weniger augenfällig V-förmige Ringrinne 47 auch dann ihre Zweckdienist. Man kann sich die Dichtegradientflüssigkeit, mit lichkeit erweist, wenn auf die besonderen Ausbilwelcher der Rotor beschickt werden soll, als eine 30 dungsmerkmale des Kerns 52 mit seinen Kanälen 66 Aufeinanderfolge horizontaler Zonen vorstellen, die und Kanälen 67 in den Scheidewänden 51 verzichtet sich in ihrer Dichte jeweils geringfügig voneinander wird. So können als Unterteilungselemente gesonunterscheiden. Beim Austreten der Flüssigkeit am derte Scheidewände 51 vorgesehen sein, und die Boden des aus dem Kern und den Scheidewänden Dichtegradientflüssigkeit kann in der Weise in dic bestehenden Teils wird zunächst die V-förmige Ring- 35 einzelnen Kammersektoren eingefüllt und aus diesen rinne 47 langsam gefüllt. Der Oberflächenbereich wieder entnommen werden, daß man sich hierzu einer jeden Zone nimmt langsam zu, während sich eines röhrchenförmigen Bauteils oder mehrerer solder Flüssigkeitsspiegel in der Rinne hebt, und er- eher Bauteile bedient die so in die Ringkammer 41 reicht schließlich oberhalb der Rinne einen gleich- eingeführt werden, daß sich die unteren Enden dieser bleibenden Wert des Flächeninhalts. Mit anderen 40 Röhrchen an der ringförmigen Sohle 48 befinden, Worten, es ist immer ein Gradientflüssigkeitsanteil wodurch erreicht wird, daß man sich beim Zuführen mit höherer Dichte einem jeweils leichteren Anteil und Entnehmen der Gradientflüssigkeit die obensteunterschichtet, und es kommt nicht zu einer Vermi- hend erläuterten Vorteile der V-förmigen Ringrinne schung, wie dies der Fall wäre, wenn die Rinne nicht 47 zunutze machen kann, um die voneinander gevorgesehen wäre. In Ermangelung einer Rinne müßte 45 trennten ringscheibenförmigen Teilchenzonen unter sich nämlich die am Unterteil des Kerns ausströ- Vermeidung einer Verunreinigung oder Überlagemende Flüssigkeit unverzüglich über die gesamte Bo- rung mit anderen Teilchenzonen jeweils fraktionsdenfläche ausbreiten. Durch die V-förmige Ringrinne weise aufzufangen.

47 ist also dafür Sorge getragen, daß sich der Ober- Die Entnahme der Gradientenflüssigkeit erfolg!

flächenbereich einer jeden Zone beim Einströmen in 50 also an einer Vielzahl von räumlich gesonderten Stelden Rotor gleichmäßig und in geordneter Weise ver- len, die in der Ringkammer 41 des Rotorkörpers 22 größert für diesen Zweck vorgesehen sind. Die Entnahme

In der Ausbildung der V-förmigen Ringrinne 47 ist stellen befinden sich am Scheitel von konvergieren davon auszugehen, daß es erwünscht ist, das in der den Bodenwänden, die eine V-förmige Ringrinne 4" Rinne befindliche Volumen der Dichtegradientflus- 55 bilden. Durch die geneigten Wandungen erfolgt eini sigkeit möglichst gering zu halten. Dies könnte da- erwünschte Einengung oder Konzentrierung der Gra durch bewerkstelligt werden, daß man die Rinnen- dientenflüsstgkeit, was eine ausgezeichnete Trennunj wandungen in einem sehr flachen Winkel anordnet, der einzelnen Gradientzonen ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3306 '* ' '-

Claims (9)

stimmende Zähl von sich etwa radial erstreckcn- Patentansprüche: den Kanälen (76) vorgesehen ist, die jeweils mit einem entsprechenden Kanal in dem Kern in eine

1. Gradientzonenzentrifugenrotor mit vertika- lösbare Verbindung bringbar und an ihren obeler Drehachse und einer im Rotorkörper vorgese- 5 ren Enden zu einem einzigen ZentraJkanaJ (74) henen Ringkammer, die von einer vertikalen in- zusammengefaßt sind.

neren Kreiswand und einer in Abstand von dieser

vorgesehenen koaxialen, vertikalen äußeren

Kreiswand sowie von einem Boden im unteren

Teil der Ringkammer begrenzt ist, dadurch io

gekennzeichnet, daß der Boden (44, 46, Die Erfindung bezieht sich auf einen Gradientzo-

48) als V-förmige Ringrinne (47) ausgebildet ist nenzentrifugenrotor mit vertikaler Drehachse und

und die Gutentnahme aus der Ringkammer (41) einer im Rotorkörper vorgesehenen Ringkammer, die

an einer ringförmigen schmalen Sohle (48) der von einer vertikalen inneren Kreiswand und einer in

V-förmigen Ringrinne erfolgt 15 Abstand von dieser vorgesehenen koaxialen, vertika-

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- len äußeren Kreiswand, sowie von einem Boden im zeichnet, daß die untere Randkante der inneren unteren Teil der Ringkammer begrenzt ist
Kreiswand (43) an deren Übergang in die Ring- Derartige Gradientzonenzentrifugenrotoren sind rinne (47) höher angeordnet ist als die untere bekannt (USA.-Patentschrift 3 243 105). Der bekannte Randkante der äußeren Kreiswand (42). ao Gradienlzonenzentrifugenrotor weist eine starre

3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Konstruktion auf, wobei der Boden der Ringkammer zeichnet, daß der von der Außenwand (44) der horizontal und eben ausgebildet ist.

Ringrinne (47) mit der Horizontalen gebildete Bekannt ist auch schon ein Zentrifugenrotor (USA.-

Winkel kleiner ist als der von der Innenwand (46) Patentschrift 3 297 244), der keine starre Konstruk-

mit der Horizontalen gebildete Winkel. 25 tion darstellt, sondern eine geometrisch veränderliche

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Form hai. Dies wird dadurch erreicht, daß der Bodadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige den des Zentrifugenrotors durch eine geschmeidige Sohle (48) der Ringrinne (47) den gleichen radia- Membran gebildet wird. Im Ruhezustand bildet diese lcn Abstand von der inneren Kreiswand (43) und für das in der Ringkammer befindliche Material under äußeren Kreiswand (42) hat. 30 durchlässige Membran einen etwa V-förmigen Ring-

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, kammerboden. Zur Gutentnahme aus dem Zentrifudadurch gekennzeichnet, daß eine die Ringkam- genrotor bzw. seiner Ringkammer ist eine axiale öffmer (41) mit V-förmiger Ringrinne (47) oben ab- nung vorgesehen. Zu dieser gelangt das in der Ringdeckende Deckplatte (36) vorgesehen ist, die an kammer durch Zentrifugieren nach seiner Dichte gedem Rotorkörper (22) abnehmbar befestigt ist 35 trennte Material dadurch, daß unter die geschmei- und mittig eine öffnung (38) aufweist. dige Membran mit Hilfe dafür im Rotorkörper vor-

6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gesehener Kanäle eine Flüssigkeit eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gutentnahme die die Membran verformt und damit durch Verlagean der Ringrinnensohle (48) über eine Vielzahl rung der Membran das Ringkammervolumen vervon in Abständen voneinander angeordneten 40 mindert. Die V-förmige Ausbildung der Ringkammer Entnahmeöffnungen (68) erfolgt. bzw. der Membran im Ruhezustand hat dabei den

7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekenn- Zweck, das auf der Ringkammer abgewandten Seite zeichnet, daß zur Gutentnahme in der Ringkam- zugeführte Druckmittel an der geschmeidigen Memmer (41) eine Vielzahl von in Abständen vonein- bran zunächst punktweise angreifen zu lassen, um ander und radial angeordneter Scheidewände 45 schon bei einer relativ geringfügigen Druckmittelzu-(51) vorgesehen ist, deren Form mit der Quer- fuhr eine Verlagerung der Membran durch Erhöhen schnittsform der Ringkammer (41) und der der Druckwerte bei Beschränkung der Angriffsfläche V-förmigen Ringrinne (47) übereinstimmt und zu erhalten.

die an der inneren Kreiswand (43) mit einem in Zonenzentrifugenroloren werden dazu benützt, der Ringkammer (41) herausnehmbar angeordne- 5° biologische Materialien unterschiedlicher Art nach ten zylindrischen Kern (52) einstückig verbunden ihrer Dichte voneinander zu trennen, die sich beisind, in dem eine mit der Zahl der Scheidewände spielsweise bei biologischen Geweben von den Zellübereinstimmende Zahl von Kanälen (66, 67) bestandteilen einerseits bis zu den Molikularbestandvorgesehen ist, die sich jeweils im Kern vertikal teilen andererseits erheblich unterscheiden. Mit Hilfe und in eine Scheidewand hineinstrecken und in 55 des Zonenzentrifugenrotors können beispielsweise einer offenen Mündung (68) am Tiefstpunkt der Zellen unterschiedlicher Größe, wie rote Blutkörperbetreffenden Scheidewand enden. chen und weiße Blutkörperchen voneinander ge-

8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekenn- trennt werden. Auch kann man Zellen unterschiedlizeichnet, daß für den Flüssigkeitsausgleich zwi- eher Art und Größe, wie sie sich in Kulturen von Mischen benachbarten, von einer Scheidewand ge- 60 kroorganismen befinden, beispielsweise Bakterien, trennten Kammern der Tiefstpunkt des V-förmi- Algen, Protozoen und dergleichen voneinander trengen Teils jeder Scheidewand (51) von der Sohle nen. Werden die Zellen eines zu untersuchenden Ge-(48) der Ringrinne (47) einen Vertikalabstand hat. webes mechanisch zerstört, so können im Zonenzen-

9. Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge- trifugenrotor die verschiedenen Zellbestandteile, wie kennzeichnet, daß ein Verteiler (71) in axialer 65 Zellkerne, Mitochondrien, Chloroplast, Membranen Richtung abnehmbar auf dem Rotorkörper (22) und Ribosome voneinander getrennt werden. Auch befestigt ist, wobei in dem Verteiler eine mit der lassen sich die verschiedenen Zellmolekülarten wie Zahl der Kanäle (66, 67) im Kern (52) überein- Nucleinsäure, Polysaccharide und bestimmte Pro-