Kohlenhydratsensoren basierend auf dynamischen komplexen Emulsionen

• Antragsteller: Dr. Lukas Zeininger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Analytische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 331208670

Das zentrale Thema dieses Postdoktorats wird die Entwicklung eines neuen Chemosensormaterials basierend auf mehrphasigen komplexen Emulsionen sein. In solch komplexen Emulsionen kann eine Änderung der Morphologie von mehrphasigen Emulsionströpfchen dynamisch, als Reaktion auf geänderte chemische Umgebungen realisiert werden. Diese Eigenschaft ist eine exzellente Grundlage, um eine Veränderung der Tröpfchenmorphologie als Reaktion auf bestimmte Analyten, wie z.B. Kohlenhydrate, herbeizuführen und durch ein messbares optisches Signal quantitativ auszulesen.Durch die Zugabe geeigneter aufeinander abgestimmter Chromophore zu den nicht mischbaren Phasen der Emulsionströpfchen soll eine Inversion der Tröpfchenmorphologie sichtbar gemacht werden. Es wird erwartet, dass durch Überlagerung der Absorptions- und Emissionsbanden der eingesetzten Farbstoffe bereits minimale Morphologieänderungen ausreichen um die Lichtemission der komplexen Emulsionen drastisch zu beeinflussen. Eine somit ermöglichte quantitative spektroskopische Analyse der Tröpfchenmorphologie stellt einen völlig neuartigen Ansatz der Generierung eines optischen Sensorsignals dar.Durch kontrollierte Zugabe von molekularen Rezeptoren zu solch selbstorganisierten Systemen soll deren Einsatz als Kohlenhydratsensor realisiert werden. Eine selektive Anbindung von spezifischen Kohlenhydraten kann durch Zugabe maßgeschneiderter synthetisierter Boronsäure¬rezeptoren erreicht werden. Prinzipiell sind zwei unabhängige Signalübertragungsketten denkbar, welche beide zu einer messbaren Änderung eines optischen Signals der farbigen Emulsionen führen. Eine Wechselwirkung der Rezeptoren mit Kohlenhydraten kann zum einen eine direkte Änderung der Emission der Emulsionströpfchen bewirken. Zum anderen kann durch die Anbindung von Kohlenhydraten die Oberflächenspannung der Emulsionströpfchen so beeinflusst werden, dass daraus eine Inversion der Tröpfchenmorphologie herbeigeführt wird, was wiederum in einer Änderung der Lichtemission resultiert, welche durch Emissionsspektroskopie bzw. durch optische Analyse der Tröpfchenmorphologie charakterisiert werden kann.Die gezielte Herbeiführung einer Morphologieänderung mehrphasiger Emulsions-tröpfchen als Folge der Anwesenheit bestimmter chemischer Substanzen bzw. Funktionalitäten, ebnet, neben dem Einsatz als neuartige Chemosensoren, den Weg hin zu weiteren Anwendungsgebieten, wie einer gezielten Freisetzung von Wirkstoffen, zum Beispiel an Tumoren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Timothy Manning Swager