DE2057516C3 - Gradientzonenzentrifugenrotor - Google Patents

Description

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leine durch Zentrifugieren voneinander trennen. Der F i g. 4 eine Explosionsansicht der in F i g. Ί 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 vertikalen Ringzo- oberen Ende einer nicht dargestellten Zentrilugennen um die Achse des Zentrifugenrotors anordnen. 5 welle getragen wird, die mit einem Elektromotor Verlangsamt man den Rote; 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 diesel 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), de'n Zonenzentrifugenrotor wäh- 15 oben hin endet die Nabe 21 in einem Gewindestumpf rend des Beschickens mit dem zu zentrifugicrenden 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 Gradientzo- 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- 25 flansches 34 einer aus Aluminium oder aus einem

nung der einzelnen Dichteschichten bei der Gutent- 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 30 die das Ansetzen eines Werkzeuges gestatten, wenn an einer ringförmigen schmalen Sohle der V-förmi- die Peckplatte 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 Dichtetrcn- In dem Rotorkörper 22 ist eine Ringkammer 41

nung, da bei fortlaufender Materialentnahme die ver- 45 (F i g. 4) als Schleuderkammcr 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 aul

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

vermag. Diese kann einfach über Entnahmeöffnun- 5° 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 4?

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

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

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

einzelner Kammern unterteilen. Man erhält also 41 konzentrisch die Aussparung 24.
einen einfach aufgebauten Rotor, dessen Bedienung Bei einigen Ausführungsformen kann die Konver-

unkompliziert ist und der dennoch eine ausgezeich- 60 genz der geneigten Wandungen 44 und 46 bis zut

nete Trennung der Materialien verschiedener Dichte Ausbildung einer scharfen Scheitelspitze gesteigeri

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

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

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

Fig. 2 einen bei Linie 2-2 von Fig. 1 »eleuten 65 ler Richtung im wesentlichen den gleichen Abstand

Schnitt, ^ " von den Wandungen 42 und 43 hai. Bei anderen

F i u. 3 eine in einem größeren Maßstab dargestellte lassen sich die verschieden.·η /dlmolekülarteii, wie

Einzelheit und ' " Nudeinsaure, Polvsacd.,uuie und bestimmte Pro-

Ausluhrungsfornien können die Wandungen der V-förmigen Ringrinne oben an die Wandungen 42 bzw. 43 über zwiscliengeschaltete kurze, ringförmig geführte Sehrägungen oiler Wölbungen angcsehlosscn sein. Auch können die Wandungen 44 und 46 der V-förmigen Ringrinne 47 in einer beliebigen, geeigneten Wcim: .gewölbt sein.

Iu der Ringkammer 41 sind in auswechselbarer Anordnung in radialer Frstreckung Trenn- oder Scheidewände 51 hintereinaiulergereiht, so tbl.l die Kammer in eine Vielzahl von im wesentlichen gleichartigen Kammetsektoren unterteilt wird. An ihren inneren vertikalen Rüiidcm sind die Scheidewände 51 mit einem rohrförmigen zylindrischen Kern ~." zu einem Ganzen verbunden, an dessen zylindiisclier Innenfläche in Hrsiieckung nach innen ein oberer und ein unterer Ringflansch 54 bzw. 56 vorgesehen sind, die im leichten Cllcitsitz auf die innere Kreiswand 43 des Achsteils 23 des Rotorkörpers 22 aufgepaßt sind. Am oberen Teil der senkrechten Randkanie 58 einer jeden Scheidewand 51 ist in einstückiger Ausbildung mit dieser ein nach außen ragender Vorsprung 59 vorgesehen, der in Verbindung mit den Ringllaiischen 54 und 56 zur Ausrichtung der Scheidewände in der Ringkammer 41 dient. Solion die Scheidewände 51 aus der Ringkammer 41 herausgenommen oder wieder eingebaut werden, so wird der zylindrische Kern 52 von dem Achsteil 23 des Rotorkörpers 22 abgehoben bzw. auf diesem nach unten geschoben. Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungslorm weist sechs Scheidewände 51 auf, doch können statt dessen natürlich auch vier, acht oder zwölf Scheidewände oder eine andere geeignete Anzahl vorgesehen sein.

Nach unten ist jede der Scheidewände 51 durch zwei konvergierende Randkunten 61 und 62 begrenzt, wobei sich die äußere Randkante 6! dem Winkel der Außenwand 44 der Ringrinne 47, die innere Randkante 62 dem Winkel der Innenwand 46 anpaßt, so daß die Randkanicn und die Rinnenwunde eng aijfeinanderpussen, wie dies in Fig. I gezeigt ist. Die Randkanien 61 und 62 laufen in einer schmalen, horizontalen Riiigkante 63 zusammen, die sich im wesentlichen parallel zu der ringförmigen Sohle 48 der Ringrinne 47 erstreckt und von dieser einen geringen Abstand hat, so daß die Flüssigkeit in benachbarten Kammersektoren kommunizieren kann, womit gewährleistet ist, daß in jedem Kammersektor infolge des hydrostatischen Druckausgleichs Schichten gleicher Dichte jeweils die gleiche Lage einnehmen, während außerdem hierdurch auch das Einbringen von Materialien in die Kammersektoren sowie die Fnlnahme der Materialien aus diesen durch die noch zu beschreibenden Scheidewandkanale erleichtert wird.

Die Scheidewände 51 können als F.inzclplaUen ausgebildet sein, die in einer geeigneten Hinteianeinanderreiluing in radialer Lrstrcckung in die Ringkammer 41 eingeführt werden, so daß das zu zenlrilugicrcnde Material in die getrennte Kammersektoicη eingefüllt und aus diesen nach erfolgter Zeninlugierung durch geeignete Hilfsmittel wieder entnommen werden kann, wobei die Scheidewände in ihrer 1 otin und Größe der Querschnittsform der Ringkammer 41 und der V-Iörmigen Ringrinne 47 angepaßt sind

Hei dei Iiht beschriebenen und dargestellten oe-Air fiihrungstorm sind die Scheidewände

51 indessen zusammen mit dem zylindrischen Kern

52 als einheitliches Bauteil ausgebildet, so daß die Kammersektoren in der Ringkammer 41 durch einen für jede Scheidewand gesondert innerhalb des Kerns vorgesehenen senkrechten Kanal 66 gefüllt und entleert weiden können, wobei dieser senkrechte Kanal jeweils in einem nach außen und nach unten geneigten Kanal 67 überleitet, dessen untere offene Mündung 68 in der Riiigkante 63 liegt und als F.ntnnhmcöffnung dient.

Der Achsteil 23 des Rotorkörpers 22 trägt einen abnehmbaren Verteiler 71, der in die öffnung 38 der Deckplatte 36 eingesetzt ist. Der Verteiler 71 kann durch mehrere Schraubbolzen 72, die in Abständen voneinander eingezogen sind, an dem Rotor 22 befestigt sein. An dem Verteiler 71 ist in einstüekiger Ausbildung in Frstrcckung nach oben ein axialer Ansatz 73 vorgesehen, der einen einzigen senkrechten Zentralkanal 74 in axialer Anordnung aufweist.

ao welcher an seinem unteren F.ndc in mehrere Kanäle 76 überleitet, die in Abständen voneinander radial nach unten und nach außen führen und deren Zahl gleich der Zahl der Scheidewände 51 ist. Jeder dieser Kanäle 76 leitet in den in der betreffenden Scheidewand 51 vorgesehenen senkrechten Kanal 66 über.

F i g. 3 zeigt eine typische Möglichkeit einer An Ordnung zum Verbinden eines jeden der Kanüle 76 mit dem betreffenden Kanal 66, wobei hier in dem Kern 52 im Bereich des Kanals 66 eine Aussparung 77 vorgesehen ist, in der ein geschlossener Ring 78 befestigt ist. Das obere F.ndc eines länglichen, röhr· chcnl'örmigen Paßstücks 79 erstreckt sich im Preßsitz in den Verteiler 71 hinein, wodurch die Verbindung mit dem Kanal 76 hergestellt wird. Das untere I iiile des Paßstücks 79 ist grob in den Kern 52 eingepaßt und stellt dort die Verbindung mit dem Kanal 6f> her, so daß zwischen dem Kanal 76 und dem Kanal 66 eine in sich einheitliche Überleitung gebildet wiiil F.ine llüssigkeitsdichte Verbindung wird durch cimn

in einstiickiccr Ausbildung an dem Paßstück 79 ν01 gesehenen Ringflansch 81 gewährleistet, der eng .ui· Ring 78 anliegt, wenn der Verteiler 71 fest nach un ten gegen das Achsteil 23 des Rotorkörpers 22 iu drückt wird. Hs können auch andere geeignete MaH

nahmen getroffen werden, um zwischen den Kanälen 76 in dem Verteiler 71 und den betreffenden Kaiü len 66 in dem Kern 52 eine leckdichte Verbindung sicherzustellen.

Ist der Verteiler 71 in seiner Stellung feMtv schraubt, so sind damit auch der Kern 52 und du Scheidewände 51 in ihrer Stellung festgelegt. Dei Zentralkanal 74 am Oberteil des Verteilers 71 wird zum F.infüUen und zur F.nlnnhmc der Dichtin·¹ dientllüssigkeil und der verteilten Partikeln dun! einen Schlauch mit der Pumpe verbunden, doch \\\<·- der Schlauch vor Beginn des Zentrifugieiens al·;\ nommen.

Zur Inbetriebnahme wird der in dem Ansatz ⁷' vorgesehene Zentralkanal 74 zunächst mit einei r< eigneten Vorratsquelle für eine Dichtegradicntflii^iL· keil mit kontinuierlichem Dichtcübergajig vcil-ui den. wobei es sich hier um einen FlüssigkeitsMnn handelt, bei dem sieh die Dichte der Flüssgkeit um einem anfänglichen Tiefstwerst bis zu einem sehlu Γ·

lieh erreichten Höchstwert progressiv ändert. Sei· Iu Dichtegradientflüssigkeiten werden rouiinemäßii: m Laboratorien hergestellt, in denen man sieh mn Dkhiemadientzeninfugierung befallt, wobei in.'n

MS

sich zu diesem Zweck eines handelsüblichen Geräts dann die Trennung herbeigeführt, so wird der Rotorbedient, das als «Gradienlmaschinc» bezeichnet körper abgebremst, wobei die Dichlcgradientflüssigwird. Die Dichtegradientflüssigkeit kann mit Hilfe keil wie ebenso auch die Zonen der abgetrennten einer an die Vorrat^uelle 85 der Gradientflüssigkcit !'artikel jetzt eine erneute Umoricnticrung 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 gcsondes Zentrifugierens und während der Rotorkörper derter, horizontaler, scheibenförmiger Schichten in stillsteht, durchströmt die Dichtegradientflüssigkeit dem nun wieder vertikalen Dichtcgefälle der Gradie Kanäle 76 im Verteiler 71 als kontinuierlicher io dicntflüssigkeil 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 Dichtcgradicntflüsschließlich durch die Mündungen 68 am tiefsten sigkeil, welche die abgetrennten Teilchen des ProPunkt der Scheidewände im Scheitel der Ringrinnc 47 benmaterials enthüll, 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- dienlflüssigkeit 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 Ils braucht nicht besonders beton« zu werden, daß ren Bereich größter Dichte am Boden der V-förmigen man beim hinfüllen von Dichtegradienlflüssigkeiten 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-Ringkantcn 63 der Scheidewände 51 und der ringför- scr Materialien und dem Oberteil des Rotorkörpers migen Sohle 48 verbleibenden Zwischenräume bieten »5 22 ein hinreichender Abstand verbleibt, so daß der die Gewähr, daß sich alle Kammern gleichmäßig fül- Durchmesser der innenseiligen 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 verfall- platte 36 gebildeten, rotierenden Flüssigkeitszylinren werden, daß man zunächst dutch 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 Prolvnmnterial bedeckt, dessen Teilchen Sririlzverlustcn durch diese öffnung kommt,
einem Trennungsvorgang unterworfen werden sollen. In dem Rotor mit Gradienlzonenneuausrichtung um erst hierauf die DiclHegradientflüssigkeit einzu spielen sich die lolgcndcn Vorgänge ab: Wenn der füllen, wodurch das Probenmaterial in der Ringkam- 35 Rotorkörper einleitend beschleunigt wird, vet/t eine mer 41 aufschwebt. Dann wird der Schlauch, der die Umorientierung der Dichlegradienlfliissigkcit und Verbindung zur Pumpe herstellt, am Verteiler 71 üb 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 Gradientflüssipkeit 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, ler 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 IProbenmaterials setzen 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 fortwandcrn, woso vorgehen, daß man zuerst die Dichtegradientflüs- bei für ihre Sedimentationsgeschwindigkeit ihre jesigkeit in Schichten gleicher Dichte in die Sektorfä- weilige Größe und Dichte bestimmend sind. Demzucher des Roturs einfüllt, wobei man sich der obenbe- folge sammeln sich die Teilchen des Probenmaterials schriebenen Hilfsmittel bedien), worauf man den nun im Durchdringen der Dichlegradientflüssigkeit Verteiler 71 abnimmt und die Gradientflüssigkeit 5ä in verschiedenen, von einander gesonderten, konzendurch Anlaufenlassen des Rotorkörpers einer einst- Irischen, vertikalen zylindrischen Säulen. Ist die geweiligen l.'morientierung in eine Vielzahl vertikaler, wünschte Trennung der Teilchen erfolgt, wo wird die zylindrischer Schichten jeweils in sich gleicher Dichte Drehbewegung des Rotors allmählich verlangsam), unterwirf). Danach wird das Probenmaterial durch wobei die Dichtegradientflüssigkeit, die jetzt die ab-Aufspriihen auf die umorientierte Gradientflüssigkeit 60 getrennton Partikel enthält, erneut eine Umorientie- oder in ähnlicher Weise eingebracht, worauf die Ab- rung in der Ringkammer 41 erfährt, so daß man eine stlileudcrung erfolgi, in deren Verlauf das Proben- horizontale Schichtung erhält, was also bedeute), daß material zunächst an der inneren Kreiswand 43 eine die einzelnen Zonen der abgetrennten Teilchen in vertikale zylindrische Zone bildet, aus der die Parti- der Gradientflüssigkcil nun in Form einer Vielzahl kel des Probenmaterials durch die Schichten gleicher 65 von läumlich gesonderten, horizontal angeordneten Dichte hindurchwandern oder sich in diesen abset scheibenförmigen Ringen in vertikaler Aufcinander-/en, 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-

gen Ringrinne 47 können hinsichtlich des Winkels, den sie jeweils gegen eine Horizontalebene bilden, symmetrisch angeordnet sein, und eine solche Ausbildung bietet bei dem durch die Erfindung geschaffenen Gerät die Gewähr, daß geeignete Betriebsbedingungen eingehalten werden können, doch ist in den Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsl'orm dargestellt, bei der die Außenwand 44 in einem Winkel von annähernd 30 gegen die Horizontalebene angeordnet ist, die Innenwand 46 hingegen in einem Winkel von annähernd 45 . Bei einer solchen asymmetrischen Anordnung befindet sich die Sohle der von dem Probenmaterial im Frühstadium des Abschleuderungsvorgangs in vertikaler Erstreckung gebildeten Ringzone im wesentlichen an der unteren Randkante der Kreiswand 43, das höher liegt als das untere Ende der äußeren Kreiswand 42. Im weiteren Verlauf des Zentrifugiervorgangs wandert dann also die den Achsteils 23 des Rotorkörpers 22 umgebende, anfänglich noch schmale zylindrische Zone des Probenmaterials du^h die Ringkammer 41 zur äußeren Kreiswand 42. Da beim Zentrifugieren die Sedimentation der 'leuchen des Probenmaterials in einer Richtung senkrecht zur Achse der zunächst gebildeten zylindrischen Zone des Probenmaterials erfolgt, gelangen diejenigen der wandernden Partikel, die schließlich die äußere Kreiswand 42 erreichen, nicht in jenen Anteil der Dichtegradientflüssigkeit, der sich in der durch die Wandungen 44 und 46 begrenzten Ringrinne 47 befindet. Die asyrrmetrische Ausbildung der V-förmigen Ringrinne 47, verbunden mit der Vorkehrung, daß sich die äußere Kreiswand 42 mit ihrer unteren Randkante weiter nach unten erstreckt als die innere Kreiswand 43, wobei das untere Ende der Wandung 43 in etwa der Ort für den unteren Rand der anfänglichen zylindrischen Zone des Probenmaterials ist. bietet somit die Gewähr für ein gleichmäßiges Sedimentieren des gesamten Materials der Probenmaterialzone dank der Möglichkeil der unbehinderten Wanderung dieser Zone in ihrer gesamten vertikalen Ausdehnung durch die Ringkaminer 41.

Die vertikale Erstreckung der Probenmatcrialzonc läßt sich ohne weiteres auf empirischem Wege festlegen, wenn man die Abmessungen der V-förmigen Ringrinne 47 kennt, so daß diese Rinne mit einer Menge der Dichtegradientflüssigkcil gefüllt werden kann, die hinreicht, damit sich der untere Rand der Probenmaterialzone noch oberhalb oder doch ein wenig oberhalb jenes Punktes erstreckt, an dem die äußere Kreiswänd 42 der Ringkammer 41 und das obere F.ndc der Außenwand 44 der V-förmigcn Ringrinne 47 aufeinanderstoßen.

Ein weiterer Vorteil der für die Schlcudeikammcr des Geräts vorgesehenen V-förmigen Ringrinne 47 liegt dann, daß sie wesentlich besser zur gesonderten Entnahme der getrennten, horizontalen Schichten des Probenmaterials aus dem Rotor geeignet ist. 7u diesem Zweck wird die Dichtegradientflüssigkeit unter Anwendung der obengenannten Hilfsmittel \om Sohlenteil der V-förmigen Ringrinne 47 aus der Ringkanimer 41 hcrausgepumpt. und zwar in dci Weise, daß man mit denjenigen Anteilen beginnt, die sich am Fuß der V-förmigen Rinne befinden (mit anderen Worten, die Strömungsfolgc ist jetzt umgekehrt wie beim Einfüllen der Dichtegradientfliissigkeit in den Rotor) Im Wi¹IU¹UMi Verlauf des Auspunipens senk; sich der Spiegel iti r in dem Rotorkörper 22 belindli chcn Flüssigkeit langsam auch in der V-förmigen Ringrinne 47. Die einzelnen Schichten der voneinander getrennten Partikel fließen zwischen den konvergierenden Wandungen der V-förmigcn Ringrinne 47 jeweils in sich nacheinander in einer schmalen Strömungsbahn zusammen, so daß sie durch die in dem aus den Scheidewänden und aus dem Kern bestehenden Bauteil des Geräts vorgesehenen Kanäle 67 und 66 in einer geeigneten Aufeinanderfolge entnommen

ίο werden und einzeln in Reagenzgläsern aufgefangen werden können, sobald sie aus dem eigentlichen Rotoraufbau herausgeströmt sind.

Vor dem Entleeren der Ringkammer 41 des Rotorkörpers 22 sind die aufzufangenden Zonen mit den Partikeln des Probenmaterials in einer Anzahl von horizontalen Schichten angeordnet, die in der Gradientflüssigkeit suspendiert und jeweils durch einen senkrechten Abstand voneinander getrennt sind. Beim Auspumpen der Gradientflüssigkeit aus dem Rotor sinken alle Schichten des Probenmaterials langsam zum Boden des Rotors ab. Solange bei dieser Absenkbewegung noch nicht die V-förmige Rinne erreicht ist, bleibt der Flächeninhalt der Oberfläche einer jeden Zone des Probenmaterials gleich und auch der Abstand zwischen den Zonen des Probenmaterials bleibt unverändert. Bewegt sich die Flüssigkeit dann jedoch im Bereich der V-förmigen Ringnnn»· 47 nach unten, so verringert sich die Oberrlächengröße einer jeden Zone des Probenmaterials.

und da das Flüssigkeitsvolumen einer jeden Zone als solches konstant bleiben muß, so folgt hieraus, daß sich jede der Zonen hierbei in ihrer vertikalen Ausdehnung vergrößert. Aus dem gleichen Grund nimmt auch der vertikale Abstand zwischen den einzelnen Schichtzonen des Probenmaterials zu, und hierdurch wird Mischungsvorgängen vorgebeugt, wie sie andernfalls jetzt zwischen den Schichtzonen des Probenmaterials einsetzen könnten. Der Oberfiächenbcreich einer jeden Zonenschicht verringert sich auf

4u einen Minimalwcrt. wenn der Scheitelpunkt der V-förmigen Ringrinne 47 erreicht wird, und zu diesem Zeitpunkt hat die jeweilige Zone des Probenmaterials die Mündung 68 durchströmt und wird nun durch die Kanäle 67 und 66 aus dem Rotor abgesaugt. Da sämtliche Partikel in einei im Scheitelpunkt der V-förmigen Ringrinne 47 befindlichen Schichtzone des Probenmaterials stets einer der AuslaßörTnungen näher sind als die Partikeln in anderen Schichtzonen, sind die Möglichkeiten für eine Vermischung der Zonenschichten auf ein Minimum beschränkt.

Durch die zusammenlaufenden Wandungen dei V-förmigen Ringrinne 47 wird gewissermaßen eine Bündelung einer jeden Zonenschicht auf den Rinnen scheitel erreicht und wird damit die Gewähr für die Einhaltung der richtigen Reihenfolge beim Auspumpen aus dem Rotor gegeben. Die V-förmige Ring rinne 47 wirkt somit ähnlich wie ein Trichter: si< garantiert ein geordnetes Ausströmen der Flüssigkci aus dem Rotor, wobei die in den einzelnen Schichter der Dichtegradientflüssigkeit suspendierten Teilchcr den Rotor genau in der gleichen Reihenfolge verlas sen. in der sie zuvor vertikal angeordnet waren, bc vor mit dem Entleeren begonnen wurde.

Wäre am Boden des Rotorkörpers 22 keine Ring rinne 47 vorgesehen, so würde jede Zone des Pro benmaterials im Niedersinken ihre maximale Ober l'lächcngrößc unverändert beibehalten und würdi

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sich über den gesamten flachen, ringförmigen Rotor- doch würde dies der Trichterwirkung beim E boden ausbreiten. Unter diesen Verhältnissen würde rungsvorgang abträglich sein, da eine flache W die Entnahme der jeweils am Rotorboden bcfindli- 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 vonstatten 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 •md'eren höhereelegencn Zonenschichten der Gradient- V-förmigen Ringrinne zwar ein einwandfreies Heflüssiekcit der Mündung 68 ebenso nahe wären wie schicken und Entleeren gestatten würde, andererseits andere Partikel an den Rändern der Probenmaterial- . aber auch dem Nutzvolumen der Ringkammer 41 zone die dann bereits auf den flachen Kummerboden io enge Grenzen setzen würde. Man kann einen beliebiauflieeen würden. Demzufolge wurden sich die Zo- gen Winkel gegen die Horizon talebene von IO 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-lörmigc Ringrinne 47 symmetrisch ausgebildet einer V-förmigen Ringrinne 47 der Abstand zwischen war, vViesen die Wandungen 44 und 46 eine Winkel den Zonenschichten des Probcnmaterials bei ihrem stellung von annähernd 47 gegen die Horizontale Niedercehen auf den flachen Boden des Rotors auf. Bei anderen Ausführungsformen, bei denen eine Rleichbleiben würde, wohingegen sich der Abstand asymmetrische Ausbildung der V-förmigen Ringrinne zwischen den Zonenschichten des Probenmaterials ao 47 erwünscht ist, hat srch gezeigt, daß eine Winkelim Zuee ihrer Abwärtsbewegung zum Kammerboden stellung gegen die Horizontalebene von 30 fur die bei vorhandener V-förmiger Ringrinne 47 vergrößert, Außenwand 44 und von 45 für die Innenwand 46 wodurch der Möglichkeit einer Vermischung weiter günstig ist. Auch andere asymmetrische Anordnunenteeeeneewirktwird. S^{en der} Wandungen 44 und 46 sind zur Erzielung

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

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

Wirksamkeit in dieser Beziehung weniger augenfällig V-förmige Ringrinne 47 auch dann ihre Zweckdicnist Man kann sich die Dichtegradientflüssigkeit, mit lichkeit erweist, wenn auf die besonderen Ausbilwelcher der Rotor beschickt werden soll, als eine 30 dungsmerkmalc des Kerns 52 mit seinen Kanälen 66 Aufeinanderfolge horizontaler Zonen vorstellen, die und Kanälen 67 in den Scheidewänden Sl verzichte! sich in ihrer Dichte jeweils geringfügig voneinander wird. So können als Untcrteilungselemente gesonunterscheiden Beim Austreten der Flüssigkeit am derte Scheidewände Sl vorgesehen sein, und di-Boden-des aus dem Kern und den Scheidewänden Dichtegradientflüssigkeit kann in der Weise in da 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 hier/'.' einer ieden Zone nimmt langsam zu, während sich eines röhrchenförmigen Bauteils oder mehrerer soider Flüssigkeitsspiegel in der Rinne hebt, und er- eher Bauteile bedient, die so in die Ringkammer 4« 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 Zufuhr*, i. mit höherer Dichte einem jeweils leichteren Anteil und Entnehmen der Gradientflüssigkeit die obenstc unterschichtet und es kommt nicht zu einer Verm:- hend erläuterten Vorteile der V-förmigen Ringrinne schune wie dies der Fall wäre, wenn die Rinne nicht 47 zunutze machen kann, um die voneinander ge voreesehen wäre In Ermangelung einer Rinne müßte 45 trennten ringscheibenförmigen Teilchenzonen unter sich nämlich die am Unterteil des Kerns ausströ- Vermeidung einer Verunreinigung oder Überlage mende Flüssigkeit unverzüglich über die gesamte Bo- rung mit anderen Teilchenzonen jeweils fraktions denfläche ausbreiten. Durch die V-förmige Ringrinne weise aufzufangen.

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

flächenbereich einer jeden Zone beim Einströmen in 50 also an einer Vielzahl von räumlich gesonderten Stel den Rotor gleichmäßig und in geordneter Weise ver- len, die in der Ringkammer 41 des Rotorkörpers erößert · ^^ür diesen Zweck vorgesehen sind. Die Entnahme-

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

ι 2 stimmende Zahl von sich etwa radial erstrecken- 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 Zentralkanal (74) henen Ringkammer, die von einer vertikalen in- zusammengefaßt sind.

tieren 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 Ringkanmicr 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). 20 Gradientzonenzentrifugenrotor 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 hat. Dies wird dadurch erreicht, daß der Bodadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige den des Zeptrifugenrotors durch eine geschmeidige Sohle (48) der Ringrinne (47) den gleichen radia- Membran gebildet wird. Im Ruhezustand bildet diese len 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 I 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-(Sl) 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 Zonenzentrifugcnrotoren werden dazu benützt, der Ringkammer (41) herausnehmbar angeordne- 50 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 hineinslrecken 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 unterschiedlizeichnct, daß für den Flüssigkeitsausgleich zwi- eher Art und Größe, wie sie sich in Kulturen von Mischen benachbarten, von einer Scheidewand ge- 60 krourganismen befinden, beispielsweise Bakterien, trennten Kammern der Tiefstpunkt des V-förnii- Algen, Protozoen und dergleichen voneinander trengen Teils jeder Scheidewand (51) von der Sohle neu. Werden die Zellen eines zu untersuchenden Ge-(48) der Ringrinne (47) einen Vertikalabstaiid hat. webes mechanisch zerstört, so können im Zonenzen-

9. Rotor nach Anspruch 7 oder <S, dadurch ge- trifugenrotor die verschiedenen Zellbestandteile, wie kennzeichnet, daß ein Verteiler (71) in axialer 65 Zellkerne, Mitochondricn, Chloroplast, Membranen Richtung abnehmbar auf dem Rotorkörper (22) und Rihosome voneinander getrennt werden. Auch befestigt ist, wobei in dem Verteiler eine mit der lassen sieh die verschiedenen Zellmolekülarten wie Zahl der Kanüle (66. 67) im Korn (52) übe¹ rein- Nucleinsäuie, Polysaccharide und bestimmte Pro-