Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schonende Cluster für Biomoleküle

06.04.2009
Wissenschaftler nutzen patentiertes Verfahren der "Transienten Matrix Desorption" erstmals erfolgreich für die Massenbestimmung komplexer Biomoleküle

Fortschritte in der biomedizinischen Forschung sind nicht denkbar ohne Fortschritte in der Identifizierung und Analyse der in lebenden Zellen enthaltenen Proteine.

Als Schlüsseltechnik hat sich hier die Massenspektrometrie herausgestellt. Sie setzt jedoch voraus, dass die Moleküle einzeln und in elektrisch geladener Form in der Gasphase vorliegen. Bei der dafür notwendigen Präparation können die empfindlichen Makromoleküle leicht zerstört werden.

Eine neue, sehr schonende Methode haben nun Forscher am MPQ in Zusammenarbeit mit der Hochschule Esslingen entwickelt. Bereits vor einigen Jahren ließen die MPQ-Forscher ein Verfahren patentieren, bei dem Strahlen aus neutralen Molekülclustern Atome und Moleküle von beliebigen Oberflächen abtragen. Wie Dr. Christoph Gebhardt, Dr. Anna Tomsic, Dr. Hartmut Schröder, Prof. Michael Dürr und Prof. Karl L. Kompa (emeritierter Direktor am MPQ und Leiter der Gruppe "Laserchemie") in der Zeitschrift Angewandte Chemie (10.1002/ange.200804431 DOI ) berichten, ist es ihnen nun erstmals gelungen, dieses Verfahren der Desorption mittels transienter Matrix erfolgreich auf große Biomoleküle wie z.B. Insulin anzuwenden.

Das Verfahren zeichnet sich dabei u. a. durch die sehr einfache Probenpräparation sowie den sehr schonenden Ablöseprozess aus, bei dem auch große Moleküle vollständig intakt bleiben, aus.

Die Gruppe "Laserchemie" von Emeritus Prof. Karl-Ludwig Kompa arbeitet schon lange mit Clustern aus polaren Molekülen (d.h. die Moleküle haben zwei Ladungsschwerpunkte, sind aber nach außen neutral), die sich bilden, wenn das Ausgangsgas ins Vakuum expandiert. Diese schneeballähnlichen Gebilde bestehen aus 1000 bis 10000 Einzelmolekülen, was einem Durchmesser von etwa 10 Nanometern entspricht. Der Zusammenhalt der Moleküle im Cluster ist allerdings nur schwach. Getrieben durch einen Gasjet aus Helium erreichen sie die zu untersuchende Oberfläche mit etwa dreifacher Schallgeschwindigkeit.
Im vorliegenden Experiment schießen die Forscher solche Cluster aus Schwefeldioxidmolekülen auf Festkörperoberflächen, auf die sie zuvor gelöste Biomoleküle als Film aufgebracht hatten. Aufgrund seines polaren Charakters kann ein Cluster während dieses Stoßes ein Biomolekül, das sich aus dem Lösungsmittel ein positiv geladenes Wasserstoffatom geschnappt hat, mit sich reißen (siehe auch Abbildung). Für einen Zeitraum von nur 10 Pikosekunden - das ist ein Hundertstel von einem Millionstel von einer Sekunde - heizt sich der Cluster im Stoß mit der Oberfläche auf. Danach zerplatzt der heiße Cluster, während das abgelöste Biomolekül - einzeln und elektrisch geladen - in einem herkömmlichen Massenspektrometer analysiert werden kann. "Wir können uns die Cluster als die kleinste denkbare Einheit vorstellen, in denen chemische Reaktionen wie in einem mikroskopischen Reagenzglas ablaufen können. Der Stoß mit der Oberfläche zerstört das Reagenzglas, und wir können die Reaktionsprodukte, sofern sie elektrisch geladen sind, bequem analysieren. Was wir hier machen, ist praktisch Nanochemie", erklärt Dr. Hartmut Schröder.

Auf diese Weise äußerst schonend präpariert, analysierten die Wissenschaftler eine Reihe von Biomolekülen wie Bombesin, Angiotensin oder Insulin mit Hilfe der Flugzeit-Massenspektrometrie. Bei diesem Verfahren wird die Masse aus der Zeit abgeleitet, die das geladene Molekül nach Beschleunigung in einem elektrostatischen Feld zum Durchfliegen einer gegebenen Wegstrecke benötigt. Die Messungen zeigten, dass auf diese Weise nicht nur die einzelnen Biomoleküle identifiziert werden können, sondern vor allem auch, dass die desorbierten Biomoleküle den heftigen Cluster-Oberflächenstoß völlig unbeschadet überstehen. "Dabei zeichnet sich die Methode schon heute durch eine sehr hohe Empfindlichkeit im Femtomolbereich aus", betont Prof. Karl-Ludwig Kompa. "Es gilt nun, diese Methode vom Forschungsstadium in Richtung Anwendung weiterzuentwickeln", ergänzt Prof. Michael Dürr. "Dafür müssen wir sowohl die der Desorption zugrunde liegenden Prozesse besser verstehen, als auch die technischen Voraussetzungen für eine weitere Steigerung der Nachweisempfindlichkeit schaffen." Das hier beschriebene Verfahren soll deshalb im Rahmen der bestehenden Kooperation zwischen dem MPQ und der Hochschule Esslingen weiter erforscht werden. [OM]

Originalveröffentlichung:
Christoph R. Gebhardt, Anna Tomsic, Hartmut Schröder, Michael Dürr, Karl L. Kompa
"Matrix-free Formation of Gas-Phase Biomolecular Ions by Soft Cluster-Induced Desorption"

Angewandte Chemie Int. Ed., im Druck, DOI: 10.1002/anie.200804431

Kontakt:
Prof. Dr. Karl-Ludwig Kompa (karl-ludwig.kompa@mpq.mpg.de)
Tel.: 089 32905 703, Fax: 089 32905 313
Dr. Hartmut Schröder (hartmut.schroeder@mpq.mpg.de)
Tel.: 089 32905 231, Fax: 089 32905 313
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Straße 1
85748 Garching
Prof. Dr. Michael Dürr (michael.duerr@hs-esslingen.de)
Tel.: 0711 3973554, Fax: 0711 3973502
Hochschule Esslingen
Kanalstr. 33
73728 Esslingen

Dr. Olivia Meyer-Streng | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpq.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ein neuer Index zur Diagnose einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung

20.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das Cockpit für Kühlgeräte

20.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Der Hausschwamm als Chemiker

20.01.2017 | Biowissenschaften Chemie