Graphen Biophysik, Biosensorik & Superauflösung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Izabela Kaminska, Ph.D.; Professor Dr. Philip Tinnefeld
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459594986

Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist die Etablierung von Graphen als neuartige Substratplatform für Graphen Biosensorik, Biophysik und Superauflösungsmikroskopie. Der Schlüssel dazu sind DNA Origami Nanostrukturen, die als Adapter die chemische Inertheit des Graphen überwinden und eine Biokompatibilität herstellen. Darüber hinaus ermöglicht die Modularität und Adressierbarkeit der DNA Origamistrukturen die Platzierung molekularer Einheiten mit Nanometer-Präzision relativ zueinander und zur Graphen Oberfläche. Die von uns kürzlich entwickelte Strategie zur Immobilisierung von funktionalen DNA Origami Strukturen auf Graphen mit Hilfe von Pyren-modifizierten Adaptersträngen als universellen Klebstoff überwindet bisherige Probleme der Denaturierung von auf Graphen immobilisierten DNA Origamistrukturen. Auf Basis der auf Graphen immobilisierten DNA Origami Strukturen streben wir neuartige biophysikalische und biosensorische Assays an, die darauf beruhen, dass Graphen als abstandsabhängiger Quencher der Fluoreszenz einzelner Moleküle dient. Im Vergleich zum Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer ist die Abstandsabhängigkeit flacher und erreicht bei ca. 18 nm einen Wert von 50% Fluoreszenzlöschung. Die Löschung der Fluoreszenz wird zur Detektion von DNA und Proteinen benutzt als auch zum Studium der Konformationsdynamik einzelner Biomoleküle. Darüber hinaus wird die abstandsabhängige Fluoreszenz als Parameter genutzt, um die z-Positionen einzelner Moleküle zu bestimmen und so in Kombination mit 2D-lokalisationsbasierter Superauflösungsmikroskopie eine isotrope Auflösung unter 10 nm zu erreichen. Diese Auflösung soll zunächst bei der Visualisierung von DNA Nanostrukturen und dynamischen Prozessen genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen