Extrem breitbandige dielektrische Spektroskopie von Biomolekülen
Phase 1
Die Hochfrequenzeigenschaften von Biomolekülen wie Proteinen und DNA werden bis in den oberen GHz-Bereich untersucht. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung neuartiger Sensoren für die Medizin und Umweltanalytik. Ebenso liefern sie Informationen über Aufbau und Funktion der Biomoleküle und helfen, Einflüsse elektromagnetischer Strahlung auf biologische Systeme besser zu verstehen.
Beteiligte Institutionen:
Fraunhofer-Institut IZI-BB, Abt. Biosystemintegration und Automatisierung, AG Biomolekulare Nanostrukturen und Messtechnik, Am Mühlenberg 13, 14476 Potsdam-Golm
Forschungsgruppe:
PD Dr. Ralph Hölzel
Dr. rer. nat. Eva-Maria Laux
Dr. rer. nat. Elena Ermilova
M.Sc. Sandra Stanke
M.Sc. Jessica Gibbons
B.Sc. Daniel Pannwitz
Ziele
Allgemeine Zielsetzung:
Bestimmung der Hochfrequenzeigenschaften biologisch relevanter Moleküle für Sensorik und biomolekulare Funktionsstudien.
1. Verbesserung elektronischer Parameter der Messapparatur wie Signal-zu-Rausch-Verhältnis, Frequenzbereich, Auflösungsbandbreite, Messzeiten.
2. Minimierung der benötigten Probenmengen, um die Methode auf eine größere Anzahl biomedizinisch relevanter Substanzen auszuweiten.
3. Untersuchungen zur Struktur und Funktionsweise biologischer Funktionsmoleküle sowie deren Wechselwirkung mit elektromagnetischen Feldern.
Abstract
Die dielektrischen Eigenschaften verschiedener Typen von Biomolekülen werden über den extrem breiten Frequenzbereich zwischen 10 MHz und 110 GHz ermittelt. Dies geschieht unter anderem unter Variation der Temperatur und der Probenkonzentration. Objekte der Untersuchungen sind sowohl Oligonukleotide und DNA als auch Aminosäuren, Peptide und Proteine. Sowohl der Abbau als auch die Synthese von DNA werden dielektrisch verfolgt. Die Länge der untersuchten Peptide wird systematisch variiert. Systematische Fehler der Methode werden durch Modellrechnungen und Simulationen ermittelt. Der Messbereich und die Messgenauigkeit des vorhandenen Systems werden mit elektronischen Mitteln verbessert.
Publikationen
E.-M. Laux, X. Knigge, F. F. Bier, C. Wenger, R. Hölzel. „Aligned immobilization of proteins using AC electric fields“ Small 12, 1514-1520 (2016).
E. Laux, J. Gibbons, E. Ermilova, F. Bier, R. Hölzel. „Broadband dielectric spectroscopy of bovine serum albumin in the GHz range“ Eur. Biophys. J. 46, S347 (2017)
X. Knigge, C. Wenger, F. F. Bier, R. Hölzel. „AC electrokinetic immobilisation of nanoobjects as individual singles in regular arrays“ Eur. Biophys. J. 46, S187 (2017)
E.-M. Laux, X. Knigge, C. Wenger, F. F. Bier, R. Hölzel. „AC electrokinetic manipulation of nanoparticles and molecules“ Eur. Biophys. J. 46, S189 (2017)
E.-M. Laux, A. Docoslis, C. Wenger, F. F. Bier, R. Hölzel. „Combination of dielectrophoresis and surface enhanced Raman spectroscopy for bacteria detection and characterization“ Eur. Biophys. J. 46, S331 (2017)
S. Stanke, C. Wenger, F. F. Bier, R. Hölzel. „Dielectrophoretic functionalization of nanoelectrode arrays for the detection of influenza viruses“ Eur. Biophys. J. 46, S337 (2017)