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Kleinsten Biomarkern auf der Spur

27.11.2012
PTB und Dectris entwickeln vakuumkompatiblen Röntgendetektor, mit dem sich die Größe kontrastarmer Nanoobjekte bestimmen lässt.

Mikrovesikel sind kleinste Zellbestandteile, die in allen Körperflüssigkeiten zu finden sind und die sich bei gesunden und kranken Menschen unterscheiden. Dadurch könnten mit ihrer Hilfe viele Krankheiten, wie zum Beispiel Karzinome, frühzeitig erkannt und effizienter behandelt werden.


Röntgenkleinwinkelstreuung einer Mikrovesikel -Probe (multilamellare Liposome), mit dem vakuumkompatiblen Pilatus-Detektor aufgenommen bei einer Photonenenergie von 3 keV. Aus dem Streumuster lassen sich die Dimensionen der Nanoobjekte in der untersuchten Probe bestimmen.

Abbildung: PTB

Das Problem ist: Der Durchmesser der relevanten Mikrovesikel liegt in der Regel unterhalb von 100 Nanometern, deshalb sind sie technisch zwar nachweisbar, doch genaue Größen und Konzentrationen sind bisher kaum zu bestimmen.

Die messtechnische Basis für diese vielversprechenden Biomarker soll nun mithilfe eines neuen Gerätes geschaffen werden. Mit der vakuumkompatiblen Version des Pilatus-Hybrid-Pixel-Detektors für Röntgenstrahlung, den die Firma Dectris gemeinsam mit der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) entwickelt hat, können nun durch Röntgenkleinwinkelstreuung bei niedrigen Photonenenergien auch die Größen von Nanoteilchen bestimmt werden, die bisher schwer zu charakterisieren waren. Auch für weitere Röntgentechniken kann der Detektor eingesetzt werden.

Einmalig ist der Detektor durch seine große Gesamtfläche von 17 cm x 18 cm und den Betrieb im Vakuum. Letzteres erhöht drastisch die Empfindlichkeit der Messeinrichtung, da die eingestrahlte weiche Röntgenstrahlung, die an der Probe gestreut wird, auf dem Weg zum Detektor nicht durch Luftmoleküle absorbiert wird. Experimente zur Größenbestimmung von Nanopartikeln mit Röntgenkleinwinkelstreuung (Small-Angle X-ray Scattering, SAXS) lassen sich damit auch an den Absorptionskanten leichter Elemente wie Kalzium, Schwefel, Phosphor oder Silizium bei Photonenenergien unterhalb von 5 keV mit hoher Dynamik und guter Ortsauflösung durchführen.

Seit wenigen Monaten nutzt die PTB den neuen Pilatus-Röntgendetektor für eigene Forschungsprojekte. An der Synchrotron-Strahlungsquelle BESSY II in Berlin-Adlershof, wo die PTB bereits seit 15 Jahren ein eigenes Labor betreibt, setzen Wissenschaftler den neuen Detektor unter anderem ein, um das dringend benötigte messtechnische Fundament für die Größenbestimmung von Mikrovesikeln zu schaffen. Ein Projekt im Rahmen des Europäischen Metrologie-Forschungsprogramms EMRP, an dem das Amsterdam Medical Center in den Niederlanden maßgeblich beteiligt ist, soll entscheidend dazu beitragen, das Potenzial der Mikrovesikel zur Früherkennung von Krankheiten in Zukunft voll ausschöpfen zu können.
if/ptb

Weitere Informationen über den Detektor
• http://www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt7.html
• https://www.dectris.com/successstories/items/In-vacuum-P1M-PTB_SuccStory.html#In-vacuum-P1M-PTB_SuccStory

Weitere Informationen über die Charakterisierung von Mikrovesikeln
• http://www.ptb.de/cms/emrp/metrologische-charakterisierung-von-mikrovesikeln-aus-koerperfluessigkeiten-als-nicht-invasive-diagnostische-biomarker.html

Ansprechpartner
Michael Krumrey, PTB-Arbeitsgruppe 7.11 Röntgenradiometrie,
Tel. (030) 3481-7110, E-Mail: michael.krumrey@ptb.de

Imke Frischmuth | PTB
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de

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