Spritzenvorsatzfilter

Grundprinzip und Zweck

Ein Spritzenvorsatzfilter, kurz Spritzenfilter, ist ein Aufsatz für eine Einwegspritze. Er dient zur Klärung oder Sterilfiltration kleiner Volumina einer Lösung. Dabei wird die Lösung aus der Spritze durch einen Membranfilter gepresst; dieses Verfahren heißt Druckfiltration.

Typische Porengrößen sind 0,45 µm und 0,2 µm. Ein wichtiges Anwendungsgebiet ist die Probenvorbereitung für chemische Analysen, besonders für chromatografische Verfahren wie die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Außerdem werden Spritzenfilter zur Sterilfiltration von Lösungen mit thermolabilen Inhaltsstoffen eingesetzt, also Stoffen, die durch Hitze geschädigt würden. Solche Lösungen können anschließend einem Nährmedium zugesetzt werden, das vorher im Autoklav dampfsterilisiert wurde.

Ein großer Vorteil gegenüber anderen Filtrationsverfahren ist das geringe Totvolumen. Damit ist die Flüssigkeitsmenge gemeint, die nach der Filtration im Filter zurückbleibt.

Aufbau des Filters

Ein Spritzenfilter besteht aus einer porösen Flachmembran, die in ein Filtergehäuse aus Kunststoff eingesetzt ist. Als Gehäusematerial werden meist chemisch beständiges Polypropylen oder Polyamid verwendet. Teilweise wird auch Polycarbonat genutzt; es ist weniger beständig, aber transparent.

Auf der Einlassseite besitzt der Filter meist einen weiblichen Luer-Lock-Anschluss. Dieser wird direkt in die Einwegspritze eingeschraubt und verhindert, dass der Filter bei der Druckfiltration abrutscht. Auf der Auslassseite reicht normalerweise ein männlicher Luer-Slip-Anschluss, weil dort geringere Kräfte auftreten.

Das Filtergehäuse besteht aus Ober- und Unterteil. Diese werden entweder mit Ultraschall miteinander verschweißt oder am äußeren Rand umspritzt. Beim Umspritzen werden häufig eingefärbte Polymere eingesetzt, damit verschiedene Spritzenfilter leichter unterschieden werden können.

Auswahl nach Probenmenge und Viskosität

Die passende Filterfläche beziehungsweise der Filterdurchmesser hängt von mehreren Eigenschaften der Probe ab: von der zu filtrierenden Lösungsmenge, vom Anteil an Feststoffen und von der Viskosität. Viskosität bedeutet Zähflüssigkeit; niedrigviskose Medien sind zum Beispiel wässrige Lösungen.

Für niedrigviskose Medien mit geringem Feststoffanteil gelten grobe Richtwerte. Bei einer Probenmenge unter 1 ml werden Filter mit 3–4 mm Durchmesser, einer Filterfläche unter 0,07 cm² und etwa 5 µl Totvolumen verwendet. Für 1–10 ml sind 13–15 mm Durchmesser, 1,3–1,7 cm² Filterfläche und weniger als 25 µl Totvolumen typisch. Für 10–100 ml werden 25 mm Durchmesser, 4,8 cm² Filterfläche und weniger als 150 µl Totvolumen genannt. Bei mehr als 100 ml sind 30 mm Durchmesser, 7 cm² Filterfläche und weniger als 200 µl Totvolumen typisch.

Bei höherer Viskosität, höherem Feststoffanteil, sehr kleiner Porengröße oder gewünschter schneller Filtration ist ein größerer Filterdurchmesser sinnvoll. Mit größerem Durchmesser steigt jedoch auch das Totvolumen.

Porengröße und Filtrationsziel

Die Porengröße der Membran bestimmt, wie rein die Flüssigkeit nach der Filtration ist. Häufig verwendete Porengrößen sind 0,45 µm und 0,2 µm.

Eine Klarfiltration mit 0,45 µm ist für Messungen mit HPLC geeignet, weil sie verhindert, dass Partikel die Trennsäule verstopfen. Für UHPLC ist eine feinere Porengröße von 0,2 µm sinnvoll.

In mikrobiologischen Laboren oder Zellkulturlaboren sollen Bakterien aus Lösungen mit thermolabilen Inhaltsstoffen entfernt werden, etwa aus Lösungen mit Vitaminen oder Antibiotika. Diese Stoffe können nicht bei 121 °C im Autoklav dampfsterilisiert werden. Für die Sterilfiltration bis 100 ml werden Spritzenvorsatzfilter mit 0,2 µm oder 0,45 µm verwendet. Bei beiden Porengrößen werden Viren und Mykoplasmen nicht zurückgehalten. Welche Bakterienarten ein Filter einer bestimmten Porengröße zurückhält, wird mit dem sogenannten Bacteria-Challenge-Test bestimmt.

Filter mit 5 µm Porengröße dienen als Vorfiltration, also zum Entfernen gröberer Bestandteile. Das ist besonders sinnvoll, wenn die Probe viele Feststoffe enthält, weil eine feine Membran sonst schnell verstopfen würde. Manche Spritzenfilter enthalten deshalb im selben Gehäuse über der feinen Membran einen Vorfilter aus Glasfaservlies oder aus einem Vlies aus PP-Fasern.

Membranmaterial und Beständigkeit

Die eigentliche Filtermembran kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen, zum Beispiel aus Polyamid (PA), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Celluloseacetat (CA), regenerierter Cellulose (RC), Polypropylen (PP), Cellulose-Mischester (CME) oder Polyethersulfon (PES).

Diese Materialien unterscheiden sich stark in ihrer Empfindlichkeit gegenüber Lösungsmitteln. Besonders wichtig ist die Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen, organischen Lösungsmitteln und halogenierten Lösungsmitteln.

Wenn nach der Filtration sehr empfindliche Messungen durchgeführt werden, muss geprüft werden, dass keine Substanzen aus dem Filter ausgewaschen werden. Bei biologischen Proben ist außerdem wichtig, dass verschiedene Filtermaterialien Proteine unterschiedlich stark adsorbieren, also an ihrer Oberfläche festhalten können.

Viele Spritzenfilter gibt es unsteril oder steril. Die meisten Hersteller stellen Listen zur chemischen Beständigkeit und zu den Materialeigenschaften bereit.