Biopolymere als Nanoaerosole

Biopolymere repräsentieren eine riesige Gruppe von organischen Verbindungen in der Biosphäre. Das Interesse an nicht-destruktiven Messungen von Biopolymeren, speziell von nichtkovalenten Komplexen und die Notwenigkeit von zeitaufgelöstem Monitoring der strukturellen Änderungen von solchen Komplexen fordert neue instrumentelle Methoden, welche sowohl im Mega- wie auch im unteren Kilodalton Bereich anwendbar sind und damit klassische massenspektrometrische- und Separationstechniken ergänzen. Nanoaerosole sind in ihrer Masse vergleichbar mit Makromolekülen, daher scheint es zweckmäßig für Analyse von solchen Molekülen die Nanoaerosol- Messtechniken einzusetzen bzw. zwecks Analyse großer Moleküle weiterzuentwickeln. Dies scheint besonders attraktiv bedenkt man, dass Aersosolmessungen typisch unter atmosphärischem Druck stattfinden, was eine nicht- destruktive Messung von molekularen Komplexen ermöglicht. In diesem Projekt planen wir eine Kombination von modernisierten Nanoaerosoltechniken zum Einsatz zu bringen: Nano-Elektrospraygenerator mit Ladungsreduktion und die elektrostatische Mobilitätsanalyse mit Einzelmoleküldetektion. Zusammen mit massenspektrometrischen Techniken wird damit ein neuer Zugang zur Identifikation, Charakterisierung und Quantifizierung von Biopolymeren eröffnet und ermöglicht außerdem ein Reaktionsmonitoring, da die Nanoaerosolmethode die lösungsgegebene Stoichiometrie unverändert lässt. Die hier vorgeschlagene Methode eignet sich zur Messung von molekularen Verbindungen und zum Echzeit-Monitoring von Änderungen (z.B. Dissoziation, Anlagerung von Antikörper) von nichtkovalenten Komplexen im molekularen Massenbereich von Kilo- bis Megadalton, was Aerosolpartikeln von wenigen bis ca. 50 nm bezüglich ihrer Äquivalentdurchmesser entspricht. Wir planen die Messgrenze auf weniger als 1 nm Partikelgröße auszudehnen - das Ziel in diesem Projekt ist ca. 0.5 nm in Äquivalentdurchmesser. Dies würde eine Messung und Separation von Biopolymeren wie Viren, die man als große nichtkovalente Komplexe betrachten kann, wie auch von "Nanopartikel" wie RNA-Fragmente ermöglichen. Wir sind zuversichtlich, das die Resultate dieses Projektes neue Wege zur Untersuchung von nichtkovalenten Verbindungen und ihren Wechselwirkungen eröffnen werden. Sie werden außerdem zur Proteomforschung beitragen und die weitere Entwicklung von instrumentellen Methoden forcieren, die nicht nur im Bereich der Physik von Nanopartikeln und Nanoaerosolen, sondern auch für die Analytische Chemie und Biowissenschaften mit potentiellen Anwendungen im Bereich der Biotechnologie von Interesse sind.

Biopolymere repräsentieren eine riesige Gruppe von organischen Verbindungen in der Biosphäre. Das Interesse an nicht-destruktiven Messungen von Biopolymeren, speziell von nichtkovalenten Komplexen und die Notwenigkeit von zeitaufgelöstem Monitoring der strukturellen Änderungen von solchen Komplexen fordert neue instrumentelle Methoden, welche sowohl im Mega- wie auch im unteren Kilodalton Bereich anwendbar sind und damit klassische massenspektrometrische- und Separationstechniken ergänzen. Nanoaerosole sind in ihrer Masse vergleichbar mit Makromolekülen, daher scheint es zweckmäßig für Analyse von solchen Molekülen die Nanoaerosol- Messtechniken einzusetzen bzw. zwecks Analyse großer Moleküle weiterzuentwickeln. Dies scheint besonders attraktiv bedenkt man, dass Aersosolmessungen typisch unter atmosphärischem Druck stattfinden, was eine nicht- destruktive Messung von molekularen Komplexen ermöglicht. In diesem Projekt planen wir eine Kombination von modernisierten Nanoaerosoltechniken zum Einsatz zu bringen: Nano-Elektrospraygenerator mit Ladungsreduktion und die elektrostatische Mobilitätsanalyse mit Einzelmoleküldetektion. Zusammen mit massenspektrometrischen Techniken wird damit ein neuer Zugang zur Identifikation, Charakterisierung und Quantifizierung von Biopolymeren eröffnet und ermöglicht außerdem ein Reaktionsmonitoring, da die Nanoaerosolmethode die lösungsgegebene Stoichiometrie unverändert lässt. Die hier vorgeschlagene Methode eignet sich zur Messung von molekularen Verbindungen und zum Echzeit-Monitoring von Änderungen (z.B. Dissoziation, Anlagerung von Antikörper) von nichtkovalenten Komplexen im molekularen Massenbereich von Kilo- bis Megadalton, was Aerosolpartikeln von wenigen bis ca. 50 nm bezüglich ihrer Äquivalentdurchmesser entspricht. Wir planen die Messgrenze auf weniger als 1 nm Partikelgröße auszudehnen - das Ziel in diesem Projekt ist ca. 0.5 nm in Äquivalentdurchmesser. Dies würde eine Messung und Separation von Biopolymeren wie Viren, die man als große nichtkovalente Komplexe betrachten kann, wie auch von "Nanopartikel" wie RNA-Fragmente ermöglichen. Wir sind zuversichtlich, das die Resultate dieses Projektes neue Wege zur Untersuchung von nichtkovalenten Verbindungen und ihren Wechselwirkungen eröffnen werden. Sie werden außerdem zur Proteomforschung beitragen und die weitere Entwicklung von instrumentellen Methoden forcieren, die nicht nur im Bereich der Physik von Nanopartikeln und Nanoaerosolen, sondern auch für die Analytische Chemie und Biowissenschaften mit potentiellen Anwendungen im Bereich der Biotechnologie von Interesse sind.