Zentrifugalfiltereinheiten sind essentielle Ultrafiltrationsgeräte, die in der Biochemie und Molekularbiologie weit verbreitet sind. Sie ermöglichen eine schnelle Probenkonzentrierung, Entsalzung und Reinigung durch druckgetriebene Membrantrennung, bei der Makromoleküle zurückgehalten und kleine gelöste Stoffe entfernt werden.

Design und Funktionsweise

Diese Geräte verwenden typischerweise eine Dead-End-Filtrationskonfiguration mit einer semipermeablen Membran wie regenerierter Cellulose, Polyethersulfon (PES) oder ähnlichen Materialien. Die Membran ist in einem zentrifugenkompatiblen Röhrchen montiert und wird bei Zentrifugalkräften zwischen 2.000 und 5.000 × g betrieben. Dabei werden Probenvolumina von 0,5 bis 20 mL verarbeitet.

Zentrifugalfiltereinheiten sind mit unterschiedlichen nominalen Molekulargewichts-Cut-offs (MWCO) erhältlich, üblicherweise zwischen 3 und 100 kDa. Diese Schwellenwerte ermöglichen die selektive Rückhaltung von Ziel-Biomolekülen wie Proteinen, Antikörpern oder Nukleinsäuren, während Salze, Metaboliten und Detergenzien durchgelassen werden. Membranoberflächen mit geringer Proteinbindung werden häufig verwendet, um Ausbeuten über 90–95 % zu gewährleisten. Vertikale oder horizontale Filtrationsformate minimieren das Totvolumen, das manchmal unter 50 µL liegt.

Biochemische Anwendungen

In Proteomik-Workflows werden zentrifugale Ultrafiltrationsgeräte verwendet, um verdünnte Proteine, Antikörper oder Enzyme innerhalb von ca. 15–30 Minuten um den Faktor 20–100 zu konzentrieren. Sie unterstützen auch den Pufferaustausch vor Kristallisationsexperimenten oder die Massenspektrometrie-Analyse nach enzymatischer Verdauung.

In der Molekularbiologie erleichtern diese Einheiten die Plasmid-DNA-Reinigung, die Entsalzung von Next-Generation-Sequencing-Bibliotheken und die Entfernung von Primern nach PCR-Amplifikation. Im Vergleich zur Ethanol-Fällungsmethode bewahrt die zentrifugale Filtration höhere Probenausbeuten ohne den Einsatz chaotroper Reagenzien. Darüber hinaus sind sie nützlich zur Klärung von Zelllysaten, zur Fraktionierung viraler Partikel oder extrazellulärer Vesikel wie Exosomen sowie zur Entfernung nicht eingebauter Markierungen in radiolabelten Assays.