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Projekt
In situ-Untersuchungen zu Strukturänderungen von Biomolekülen an Grenzflächen und unter fluidmechanischem Stress
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315396049
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Prozess-Struktur-Beziehungen zur Proteindenaturierung zu erarbeiten und die entstehenden Agglomerate zu quantifizieren. Der Fokus liegt dabei auf den Struktur- und Dispersitätsänderungen von Biomolekülen unter chemischer und fluidmechanischer Beanspruchung mit und ohne Grenzflächen. Biomoleküle werden bei der Herstellung und Aufreinigung in verfahrenstechnischen Apparaten chemischen, thermischen und fluidmechanischen Stressbedingungen ausgesetzt, welche sowohl Struktur- als auch Dispersitätsänderungen hervorrufen können. Die fluidmechanische Beanspruchung erfolgt in einem 4-Rollenapparat und in Mikrokanälen unterschiedlicher Geometrie. Denaturierung und die sich daraus ergebende Aggregation kann im Volumen oder an Grenzflächen stattfinden. Das Studium dieser Effekte erfordert ein umfassendes Methodenspektrum zur Charakterisierung der Proteine.Die Proteinanalytik mit einer analytischen Ultrazentrifuge mit integrierter Multiwellenlängenabsorptionsoptik (MWL-AUZ) wurde etabliert. Dabei wird die überragende Auflösung, Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zur Analyse auch mehrerer Fraktionen in komplexen Mischungen (z.B. von Laktoglobulin) genutzt. Untersuchungen hinsichtlich Proteinwechselwirkungen werden durchgeführt, um Aussagen über die Stabilität der Systeme und deren Neigung zur Aggregation abzuleiten. Das Methodenspektrum wird um eine vielversprechende Methode zur Charakterisierung von Proteinen in der Gasphase mit bisher unerreichter Auflösung von Clusterverteilungen von Molmassen von bis zu 1MDa erweitert (ESI-DMA-MS). Diese Methode beruht auf der Überführung von Proteinen mit Elektrosprayionisation in die Gasphase und der differentiellen Mobilitätsanalyse in Kopplung mit Massenspektrometrie. Die Kombination beider Methoden dient der Validierung und öffnet neue Wege zur Formbestimmung. Technisch relevante Grenzflächen sind die Luft-Wasser (z.B. in Schäumen) sowie Fest-Flüssig Grenzflächen (z.B. Partikel, feste Wände). Die inhärent grenzflächensensitive Methode der Summenfrequenzspektroskopie (SFG) liefert isoelektrische Punkte (IEP) an der Wasser-Luft Grenzfläche, welche mit den Werten in Lösung meist gut übereinstimmen. Mit Hilfe chiraler SFG Messungen soll auch die chemische Struktur und insbesondere die wichtige Frage der Proteindenaturierung an der Grenzfläche in Abhängigkeit der Proteinwechselwirkungen und des Elektrolyten studiert werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
