Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

pH-Sensor für Zellorganellen

17.12.2012
pH-abhängige Konformationsänderung kontrolliert Energietransfer von Nanokristall-Sensoren

Säuregehalte (pH) und ihre Änderungen spielen eine wichtige Rolle für physiologische Vorgänge wie die Proteinfaltung und können Hinweise auf Tumorerkrankungen geben.

Amerikanische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun einen unkonventionellen pH-Sensor vor, mit dem sich pH-Wertänderungen in lebenden Zellen über längere Zeiträume mit bisher unerreichter räumlicher Auflösung verfolgen lassen. Dies gelang dank einer Kombination fluoreszierender Nanokristalle mit beweglichen molekularen "Armen", die sich in Abhängigkeit des umgebenden pH-Wert zusammenfalten oder ausstrecken.

Endosomen, Zellorganellen, die beim Transport innerhalb von Zellen eine Rolle spielen, zeigen einen deutlichen Abfall des pH-Werts während ihrer Reifung. Diesen Vorgang beobachtete das Team um Moungi G. Bawendi vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge (USA) mit ihrem neuen nanoskopischen pH-Sensors und einem Fluoreszenzmikroskop. Erfolgsgeheimnis ist dessen unkonventioneller Aufbau: Ein beweglicher molekularer "Arm" verbindet einen grün fluoreszierenden Nanokristall mit einem roten Fluoreszenzfarbstoff. Nanokristalle sind Partikel aus Halbleitermaterialien, die aufgenommene Lichtenergie in einem strahlungsfreien Mechanismus (Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer, FRET) leicht auf Fluoreszenzfarbstoffe übertragen und diese so zum Leuchten bringen können - vorausgesetzt, beide FRET-Partner liegen nah genug beieinander.

Wie nahe sich Nanokristall und Farbstoff kommen, wird beim Nano-pH-Sensor über ein Zusammenfalten und Ausstrecken des Arms gesteuert - und diese Bewegung ist pH-abhängig. Der Arm besteht aus einem Stück doppelsträngiger und einem Stück einzelsträngiger DNA. Mit steigender Konzentration an H+-Ionen erhöht sich die Neigung zur Bildung eines "Dreierstrangs", der Einzelstrang legt sich in die Furche des Doppelstrangs und "beugt" dabei den Arm. Diese "Armbewegung" findet im physiologisch interessanten Bereich um pH 7 herum statt und reagiert sehr sensibel auf kleinste Änderungen.

Bei höherem pH ist der Arm ist gestreckt, die FRET-Partner zu weit voneinander entfernt für einen Energietransfer, der Nanokristall leuchtet grün, der Farbstoff leuchtet nicht. Wird der pH niedriger, wird der Arm gefaltet, es kommt zum FRET-Energietransfer. Das grüne Leuchten des Nanokristalls nimmt ab, der Farbstoff beginnt rot zu leuchten. Da das Verhältnis zwischen grüner und roter Fluoreszenz und keine Absolutwerte gemessen werden, spielen Intensitätsschwankungen keine Rolle, der Sensor verfügt damit über eine eingebaute Referenz.

Der eigentliche "pH-Fühler" und der optische Signalgeber sind zwei separate Bauteile bei diesem Sensortyp. Durch Austausch des pH-Fühlers durch einen molekularen Arm, der auf einen anderen Analyten antwortet, sind unter Beibehaltung des optischen Signalgebers Sensoren für andere Zielmoleküle denkbar.

Aufgrund ihrer attraktiven optischen Eigenschaften haben nanokristalline Fluorophore großes Interesse auf sich gezogen. Insbesondere in der Biologie wären sie ideal, um die Abläufe innerhalb von Zellen aufzuklären, und zeigen sich traditionellen molekularen Fluoreszenzfarbstoffen deutlich überlegen. Allerdings war es bisher schwer, die neuen Nanomaterialien in die Form von Fluoreszenzsensoren zu überführen. Das neue Konzept, bei dem eine molekulare Konformationsänderung genutzt wird, könnte eine generelle Lösung für diese Aufgabe sein.

Angewandte Chemie: Presseinfo 48/2012

Autor: Moungi G. Bawendi, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA), http://nanocluster.mit.edu/people.php

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201207181

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1002/ange.201207181
http://nanocluster.mit.edu/people.php
http://presse.angewandte.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Regenerative Energien - Mehr Wasserstoff durch neue Nanopartikel
26.05.2015 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Endogene Retroviren - In Schach gehalten
26.05.2015 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine Bremse gegen epileptische Anfälle in Nervenzellen

In jedem Augenblick werden an Billiarden Synapsen unseres Gehirns chemische Signale erzeugt, die einzelnen Nervenzellen feuern dabei bis zu 1000 mal in der Sekunde. Wie ihnen diese Höchstleistung gelingt ohne dabei epileptische Anfälle zu erzeugen, haben Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie in Berlin nun ein Stück weit aufgeklärt. Das Ergebnis könnte zu einem besseren Verständnis nicht nur der Epilepsie, sondern auch anderer neurologischer Erkrankungen wie der Alzheimerschen Krankheit beitragen.

Mit jedem elektrischen Impuls schüttet eine Nervenzelle Neurotransmitter in den synaptischen Spalt aus und trägt so das Signal weiter. Sie hält dafür einen...

Im Focus: Kieler Forschende bauen die kleinsten Maschinen der Welt

Die DFG stellt Millionenförderung für die Entwicklung neuartiger Medikamente und Materialien an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) bereit.

Großer Jubel an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU): Wie die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) heute (Donnerstag, 21. Mai) bekannt gab,...

Im Focus: Basler Physiker entwickeln Methode zur effizienten Signalübertragung aus Nanobauteilen

Physiker haben eine innovative Methode entwickelt, die den effizienten Einsatz von Nanobauteilen in elektronische Schaltkreisen ermöglichen könnte. Sie entwickelten dazu eine Anordnung, bei der ein Nanobauteil mit zwei elektrischen Leitern verbunden ist. Diese bewirken eine hocheffiziente Auskopplung des elektrischen Signals. Die Wissenschaftler vom Departement Physik und dem Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel haben ihre Ergebnisse zusammen mit Kollegen der ETH Zürich in der Fachzeitschrift «Nature Communications» publiziert.

Elektronische Bauteile werden immer kleiner. In Forschungslabors werden bereits Bauelemente von wenigen Nanometern hergestellt, was ungefähr der Grösse von...

Im Focus: Basel Physicists Develop Efficient Method of Signal Transmission from Nanocomponents

Physicists have developed an innovative method that could enable the efficient use of nanocomponents in electronic circuits. To achieve this, they have developed a layout in which a nanocomponent is connected to two electrical conductors, which uncouple the electrical signal in a highly efficient manner. The scientists at the Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel have published their results in the scientific journal “Nature Communications” together with their colleagues from ETH Zurich.

Electronic components are becoming smaller and smaller. Components measuring just a few nanometers – the size of around ten atoms – are already being produced...

Im Focus: Phagen übertragen Antibiotikaresistenzen auf Bakterien – Nachweis auf Geflügelfleisch

Bakterien entwickeln immer häufiger Resistenzen gegenüber Antibiotika. Es gibt unterschiedliche Erklärungen dafür, wie diese Resistenzen in die Bakterien gelangen. Forschende der Vetmeduni Vienna fanden sogenannte Phagen auf Geflügelfleisch, die Antibiotikaresistenzen auf Bakterien übertragen können. Phagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren können. Für Menschen sind sie unschädlich. Phagen könnten laut Studie jedoch zur Verbreitung von Antibiotikaresistenzen beitragen. Die Erkenntnisse sind nicht nur für die Lebensmittelproduktion sondern auch für die Medizin von Bedeutung. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Applied and Environmental Microbiology veröffentlicht.

Antibiotikaresistente Bakterien stellen weltweit ein bedeutendes Gesundheitsrisiko dar. Gängige Antibiotika sind bei der Behandlung von Infektionskrankheiten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Schweigen ist Silber, Diskutieren ist Gold

26.05.2015 | Veranstaltungen

Neue Werkstoffkonzepte für eine nachhaltige Mobilität

26.05.2015 | Veranstaltungen

TU Darmstadt: Gipfel der Verschlüsselung - CROSSING-Konferenz am 1. und 2. Juni in Darmstadt

22.05.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Lungenmedikament macht Mäuse schlank

26.05.2015 | Medizin Gesundheit

Zwölf Siemens-Straßenbahnen für Ulm

26.05.2015 | Unternehmensmeldung

Aufsichtsrat von Eurex Clearing beruft neues Mitglied

26.05.2015 | Unternehmensmeldung