Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteinen auf der Spur

07.11.2014

Forscher weisen erstmals elektrochemisch Proteinbindungen auf Halbleitermaterialien nach

Mit einer neu entwickelten Untersuchungsmethode ist es erstmals möglich, Proteinbindungen auf Halbleitermaterialien anhand von Ladungsunterschieden elektrochemisch aufzuspüren.


Schematische Darstellung der supramolekularen Hybridstruktur zur optischen Detektion der Änderung der Membranpotentiale

Dies haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Gießen gezeigt. Nun arbeiten die Physiker an optischen Verfahren, um Proteinbindungen zum Beispiel unter einem Mikroskop direkt nachweisen und lokalisieren zu können.

Ein solches Verfahren könnte neue Anwendungen in der medizinischen Forschung und Diagnostik ermöglichen.

Grundlage der Methode zum elektrochemischen Nachweis von Proteinbindungen sind im Labor hergestellte biologische Membranen, die aus sogenannten Lipid-Monolagen bestehen – zweidimensionalen Molekülverbänden, die ein wesentlicher Bestandteil von Zellwänden sind. Diese Membranen brachten die Forscher auf Nanostrukturen des Halbleitermaterials Galliumnitrid (GaN) auf, das für seine chemische und elektrochemische Stabilität sowie seine besonderen optoelektronischen Eigenschaften bekannt ist.

In der so gewonnenen Hybridstruktur aus Biomembran und GaN konnten die Wissenschaftler im Anschluss erstmals Proteinbindungen mithilfe eines elektrochemischen Ladungssensors aufspüren. Der Sensor misst Ladungsunterschiede, die entstehen, wenn Proteine an den sogenannten Lipid-Ankern der Membran anbinden. Die Entwicklung der Biomembran/GaN-Hybridstruktur basiert auf einer Arbeit von Nataliya Frenkel, Doktorandin in der von Prof. Dr. Motomu Tanaka geleiteten Forschungsgruppe Physikalische Chemie von Biosystemen am Physikalisch-Chemischen Institut der Universität Heidelberg.

Für die Anwendung des Sensors arbeiteten die Heidelberger Wissenschaftler mit Forschern aus der Halbleiterphysik der Universität Gießen unter Leitung von Prof. Dr. Martin Eickhoff zusammen.

Die Erkenntnisse der Wissenschaftler, die im Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht wurden, bilden nun die Grundlage für die Entwicklung neuer Verfahren, mit denen sich Proteinbindungen auch optisch nachweisen lassen. Dazu wird die biologische Membran auf GaN-basierten Quantenpunkten – Strukturen mit einer Größe von wenigen Nanometern – aufgebracht.

Anschließend werden die Quantenpunkte mit Licht angeregt, so dass sie Strahlung abgeben. Binden nun Proteine an die Membran an, ändert sich die Intensität der Abstrahlung. Den Nachweis, dass sich diese Methode prinzipiell eignet, um Proteinbindungen optisch aufzuspüren, konnten die Forscher bereits erbringen. Bei der Umsetzung arbeiten sie mit der französischen Forschungsinstitution CEA, dem Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, zusammen.

Um die Forschungen auf dem Gebiet der optischen Detektion zu intensivieren, hat Prof. Tanaka im Rahmen des deutsch-japanischen Universitätskonsortiums HeKKSaGOn die Bildung eines internationalen interdisziplinären Zusammenschlusses initiiert. Ihm gehören neben den Heidelberger Wissenschaftlern Arbeitsgruppen der Universitäten Kyoto, Gießen und Barcelona sowie Partner der CEA an. Die Kooperation der Forscher wird mit einer zweijährigen Anschubfinanzierung durch das SPIRITS-Programm der Universität Kyoto gefördert.

Originalpublikation:
N. Frenkel, J. Wallys, S. Lippert, J. Teubert, S. Kaufmann, A. Das, E. Monroy, M. Eickhoff, and M. Tanaka: High Precision, Electrochemical Detection of Reversible Binding of Recombinant Proteins on Wide Band Gap GaN Electrodes Functionalized with Biomembrane Models. Advanced Functional Materials, Volume 24, Issue 31, pages 4927-4934 (20 August 2014), doi: 10.1002/adfm.201400388

Kontakt:
Prof. Dr. Motomu Tanaka
Universität Heidelberg
Physikalisch-Chemisches Institut
Telefon (06221) 54-4916
tanaka@uni-heidelberg.de

Prof. Dr. Martin Eickhoff
Justus-Liebig-Universität Gießen
I. Physikalisches Institut
Telefon (0641) 99-33120
eickhoff@physik.uni-giessen.de

Universität Heidelberg
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikroben hinterlassen "Fingerabdrücke" auf Mars-Gestein
17.10.2017 | Universität Wien

nachricht Partnervermittlung mit Konsequenzen
17.10.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikroben hinterlassen "Fingerabdrücke" auf Mars-Gestein

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen

17.10.2017 | Physik Astronomie

Kaiserschnitt-Risiko ist vererbbar

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie