The Analyst: RUB-Chemiker entwickeln Testroboter für NO-Katalysatoren

Alle Säugetiere produzieren Stickstoffmonoxid (NO) in spezialisierten Zellen. Dennoch ist dieses kleine anorganische Molekül ein zweischneidiges Schwert: Einerseits ist es in fein regulierter Ausschüttung unerlässlich für die Steuerung wichtiger physiologischer Funktionen, andererseits kann NO auch als Zellgift wirken und ist zum Teil dafür verantwortlich, wenn Tumoren sich gut entwickeln können. Daher ist es von Interesse die Konzentration von NO genau messen zu können. Für die schnelle Suche nach dem besten Sensor haben Chemiker der Ruhr-Universität um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann jetzt einen Roboter entwickelt. Über ihre Arbeit berichten sie in „The Analyst“.

Elektrochemie hilft

Um NO von anderen Substanzen sicher zu unterscheiden und auch in kleinen Konzentrationen genau zu bestimmen, braucht es einen Sensor. Elektrochemische Mikrosensoren, das heißt winzige Edelmetall- oder Kohleelektroden, bieten sich hier an, da sie Stickstoffmonoxid sogar unter Bedingungen messen können, die denen im Körper gleichen. „Alles was man benötigt, ist eine sensitive Beschichtung auf der Elektrode, welche die erforderliche Empfindlichkeit gegenüber NO garantiert: Man benötigt also einen guten Elektrokatalysator“, erläutert Prof. Schuhmann.

Welcher Sensor ist der beste?

Aber womit findet man nun unter der Fülle verschiedener möglicher Beschichtungen genau die, die am besten geeignet ist und das möglichst schnell? Dabei hilft ein elektrochemischer Roboter, der im Labor der Arbeitsgruppe von Prof. Schuhmann entwickelt wurde. Das elektrochemische Robotiksystem nutzt eine mit Schrittmotoren angetriebene Positioniereinheit, die ein Elektrodenbündel mit hoher Präzision in die Vertiefungen von Mikrotiterplatten einführen kann. Metallporphyrine, Kandidaten für Elektrokatalysatoren für die spezifische Oxidation von NO, werden automatisch auf eine Elektrode aufgebracht. Die so erhaltenen Sensoren werden in weiteren Vertiefungen der Mikrotiterplatte durch automatische Zugabe von NO-Standardlösungen mittels einer hochempfindlichen elektroanalytischen Methode, der Differenzpulsvoltammetrie, hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität zur Oxidation von NO untersucht.

Bester Sensor testet NO-Ausschüttung aus Blutgefäßzellen

Die Forscher haben auf diese Weise eine Bibliothek von 83 Metallporphyrinen hergestellt und automatisch mit dem Robotiksystem getestet. Ein Ni-Porphyrin mit Nitrogruppen als Substituenten zeigte die besten Eigenschaften. Derzeit wird das Robotiksystem mit dem so gefundenen besten NO-Sensor ausgestattet genutzt, um die NO-Ausschüttung aus Blutgefäßzellen zu untersuchen und so einen Beitrag zum Verständnis der Prozesse zu liefern, die für Tumorwachstum durch Bildung von Blutgefäßen wesentlich sind.

Titelaufnahme

Victoria Ryabova, Albert Schulte, Thomas Erichsen, Wolfgang Schuhmann: Robotic sequential analysis of a library of metalloporphyrins as electrocatalysts for voltammetric nitric oxide sensors. In: The Analyst, 2005, 130(9), 1245 – 1252, DOI: 10.1039/b505284j, Artikel im Internet: http://www.rsc.org/publishing/journals/AN/article.asp?doi=B505284J

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, Analytische Chemie, Elektroanalytik und Sensorik, 44780 Bochum, NC 04/788, Tel. 0234/32-26200, E-Mail: wolfgang.schuhmann@rub.de