AUZ – Dichtegradient

Diese Technik wird für die Bestimmung von Partikeldichten und -dichteverteilungen verwendet. Im Gegensatz zur Dichtevariation handelt es sich um eine Gleichgewichtstechnik. Dieser Versuch ist hervorragend geeignet für die

  • Messung von Dichten einer oder mehrerer Spezies in hoher Auflösung,
  • Messung von Dichten unter Ausschluss von Transportprozessen.

Das Prinzip beruht darauf, dass dem System ein weiteres Lösemittel oder ein löslicher Feststoff hoher Dichte zugesetzt wird. Unter Einfluss eines starken Gravitationsfeldes bildet sich ein Gradient aus, wobei sich die dichtere Komponente in Richtung Zellboden anreichert. Die dispergierten Teilchen oder Moleküle wandern dann zu der radialen Position, an der sie ihre eigene Dichte vorfinden. Damit können ihre Dichte und prinzipiell auch ihre Molmassen berechnet werden. Mit zunehmender Drehzahl kann man in den relevanten Dichtebereich hineinzoomen. Auf diese Weise wird eine hohe Auflösung erreicht, welche die vierte Nachkommastelle der Dichte erreicht.

AUZ-Dichtegradient Beispiel a
Umverteilung des Analyten entlang der Radialkoordinate bei Aufbau des Dichtegradienten
AUZ-Dichtegradient Beispiel b
Dichteverteilung entsprechend der lokalen Konzentration des Gradientenmaterials

Die Abbildung zeigt den (links) Analyten, der sich entlang der radialen Koordinate umverteilt, während sich der Dichtegradient ausbildet. Er wird letztlich in zwei Spezies getrennt (rechts), die sich an der jeweiligen Gradientenposition entsprechend ihrer eigenen Dichte anreichern.

Ein interessanter Aspekt von Dichtegradienten ist, dass mehrere Spezies tatsächlich getrennt werden und dann anhand ihrer spektralen Eigenschaften charakterisiert werden können. Dies bietet einen orthogonalen Zugang zu ihrer Beschaffenheit – zusätzlich zu ihrer Dichte. Dies ist besonders effektiv für die Charakterisierung von zusammengesetzten Strukturen, wie z. B. mit Fracht beladene Capside: Der massengewichtete Dichte-Mittelwert und die Summe der spektralen Eigenschaften liefern redundante Informationen über ihre Zusammensetzung.

Die Herausforderung bei diesem Experiment besteht darin, dass das Gradientenmaterial den Analyten nicht beeinträchtigen darf. Fragile Strukturen, wie Mizellen, können durch eine hohe Ionenstärke beeinträchtigt werden, und bei Proteinen kann es zu Konformationsänderungen kommen. Es stehen verschiedene Gradientenmaterialien zur Verfügung, und einige Tricks sind verfügbar, um die Anwendung auch bei empfindlichen Systemen zu ermöglichen – Dichtegradienten bleiben jedoch eine anspruchsvolle Technik, die einiges an Überlegungen und Erfahrung erfordert.

Weitere theoretische Hintergründe finden Sie auf unserer wissenschaftlichen Website unter www.analytical-ultracentrifugation.com.