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 Plastik-Giftcocktails im Sediment: Start der 2. Forschungsexpedition am 8. September/12 Uhr
02.09.2015 | Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

nachricht Weibliche Orang-Utans bevorzugen Männchen mit Backenwülsten
02.09.2015 | Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, Leipzig

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: Auffädelung von Nanodiamanten

Kohlenstoffkäfige polymerisieren in Kohlenstoffnanoröhren zu einer linearen nanodiamantenartigen Kette

Im Innenraum von Kohlenstoffnanoröhren gezielt ein lineares Polymer aus nanodiamantenartigen Bausteinen zu gewinnen – das gelang Forschern aus Japan,...

Im Focus: Gassensoren warnen vor Schwelbränden

Rauchmelder sind allgegenwärtig. Dennoch geht die Zahl der Brandopfer jährlich in die Tausende. Brandgasmelder, die auf Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide reagieren, entdecken Brände im Frühstadium. Durch ein neues Messprinzip von Fraunhofer-Forschern werden die teuren Sensoren nun kostengünstig und damit bereit für den Massenmarkt.

Die Sterne funkeln am Himmel, die Bewohner des Hauses schlummern in ihren Betten. Soweit nichts Besonderes, doch in dieser Nacht steht ihr Leben auf dem Spiel:...

Im Focus: How wind sculpted Earth's largest dust deposit

China's Loess Plateau was formed by wind alternately depositing dust or removing dust over the last 2.6 million years, according to a new report from University of Arizona geoscientists. The study is the first to explain how the steep-fronted plateau formed.

China's Loess Plateau was formed by wind alternately depositing dust or removing dust over the last 2.6 million years, according to a new report from...

Im Focus: Universum: Simulationen am Supercomputer

Davon träumt die Wissenschaft: An einem Computer zu simulieren, wie sich das Universum bis heute entwickelt hat. Forscher aus Würzburg und Heidelberg wollen dem Traum jetzt näher kommen: Sie haben Rechenzeit im Wert von knapp fünf Millionen Euro auf einem Supercomputer bewilligt bekommen.

Der Würzburger Mathematiker Professor Christian Klingenberg und der Heidelberger Astrophysiker Professor Volker Springel haben sich Großes vorgenommen: Sie...

Im Focus: An engineered surface unsticks sticky water droplets

The leaves of the lotus flower, and other natural surfaces that repel water and dirt, have been the model for many types of engineered liquid-repelling surfaces. As slippery as these surfaces are, however, tiny water droplets still stick to them. Now, Penn State researchers have developed nano/micro-textured, highly slippery surfaces able to outperform these naturally inspired coatings, particularly when the water is a vapor or tiny droplets.

Enhancing the mobility of liquid droplets on rough surfaces could improve condensation heat transfer for power-plant heat exchangers, create more efficient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

10. LogistikTag Berlin Brandenburg am 10. September 2015 mit dem Schwerpunktthema „Entsorgung“

02.09.2015 | Veranstaltungen

Wenn Maschinen Bedeutung verstehen ... - Konferenz zu semantischen Technologien

02.09.2015 | Veranstaltungen

Internationale Baustofftagung in Weimar

02.09.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Dem Klimawandel gewachsen: Ananasgewächse profitieren vom Temperaturanstieg

02.09.2015 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Plastik-Giftcocktails im Sediment: Start der 2. Forschungsexpedition am 8. September/12 Uhr

02.09.2015 | Biowissenschaften Chemie

Hohe Förderung für internationales Forschungsvorhaben

02.09.2015 | Förderungen Preise