Blockcopolymer-basierte Hybridmaterialien zur Herstellung von Biosensoren für die direkte elektrochemische Bestimmung von Nukleinsäuren und Hämoproteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Felix H. Schacher
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 379950571

Das Projekt zielt auf die Entwicklung von Reagenz-freien elektrochemischen Methoden für die Identifizierung und quantitative Bestimmung von Nukleinsäuren und Hämoproteinen ab. Die Menge an zirkulierender Tumor DNA, RNA oder mikro RNA kann als Maß für die Diagnose und Vorhersage verschiedener Krebstypen herangezogen werden. Gleichzeitig wird während der Behandlung von Krebszellen eine beträchtliche Menge an Cytochrom C freigesetzt und diese kann als Maß für die Effizienz eines Anti-Tumor Wirkstoffs, die Untersuchung neuer vielversprechender Kandidaten oder im Gegenzug als Indikator für die Resistenz von Zellen gegenüber derartigen Therapien angesehen werden. Die parallele Bestimmung und Quantifizierung dieser Biomarker nebeneinander würde eine beträchtliche Verbesserung der Effizienz von Krebstherapien bedeuten, gerade im Hinblick auf kleine Unterschiede zwischen verschiedenen Patienten und dadurch zur Entwicklung einer personalisierten Medizin beitragen.Die Sensitivität direkter elektrochemischer Analytik hängt strikt von einer guten Integration des Analyten innerhalb der Arbeitselektrode ab, in unserem Fall ein nanostrukturiertes Kompositmaterial. Hierfür werden wir Kohlenstoffnanomaterialien (Kohlenstoffnanoröhren oder Graphenoxid) mit metallischen Nanopartikeln (Gold oder Silber) und amphiphilen Blockcopolymeren kombinieren. In diesem Zusammenhang konzentrieren wir uns zuerst auf eine homogene Dispergierung der Kohlenstoffnanomaterialien, gefolgt von einer Integration der Metall-Nanopartikel. Die hierbei verwendeten amphiphilen Diblockcopolymeren dienen dabei dreierlei Zweck: zuerst dienen diese durch ihre Amphiphilie als Dispergierungshilfe für die Kohlenstoffnanomaterialien, gefolgt von einer Komplexierung von Metallionen im hydrophilen Teil der Blockcopolymere mit einer nachgeschalteten Reduktion zu Nanopartikeln. Schließlich dienen die verwendeten Diblockcopolymere noch als Matrixmaterial, um während der Messungen eine spezifische Interaktion mit den angestrebten Biomolekülen zu gewährleisten. Die Kohlenstoffnanomaterialien hingegen dienen beiderseits der Verbesserung der Leitfähigkeit des Kompositmaterials und sorgen für einen effizienteren Elektronentransfer. Es wird zudem erwartet, dass die Metallnanopartikel electrochemische Reaktionen katalysieren. Zusammen erhoffen wir uns von diesen Effekten eine beträchtliche Verbesserung der Sensitivität und Selektivität der Biosensoren für die direkte elektrochemische Analyse von Nukleinsäuren und Cytochrom C.Innerhalb dieses Projektes werden die Effekte von Aufbau und Zusammensetzung der Biosensoren systematisch mit den resultierenden Bio-analytischen Eigenschaften verglichen. Die vielversprechendsten Konstrukte werden hiernach zuerst auf ihre Eignung als Biosensoren hin untersucht, gefolgt von Anwendungsstudien in komplexen reellen Proben (Blut, Plasma, Serum).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Kooperationspartnerin: Dr. Larisa V. Sigolaeva