Hochsensitive massenspektrometrische Detektion in der Tröpfchenmikrofluidik für die chemische Analyse von Einzelzellenkatalyse und metabolischer Sekretion

• Antragsteller: Professor Dr. Detlev Belder; Professor Dr. Christian Neusüß
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524396014

Tröpfchenmikrofluidik hat sich zu einer leistungsstarken Plattformtechnologie für zahlreiche (bio)chemische Fragestellungen entwickelt, die von pharmazeutischen Assays über mikrochemische Umwandlungen bis hin zu Einzelzellenanalytik reichen. Andererseits ist Massenspektrometrie die wichtigste und leistungsstärkste Technik, um Prozesse auf der molekularen Ebene zu charakterisieren. Dabei ist die entscheidende Limitierung in der Tröpfchenmikrofluidik-MS-Kopplung die bescheidene Nachweisstärke auf Basis der bisher eingesetzten kommerziellen koaxialen Kopplung mittels Elektrosprayionisierung (ESI) unter Verwendung einer Schleierflüssigkeit. Daher ist die MS-Charakterisierung von niedrig-konzentrierten Analyten aktuell kaum möglich. Um diese Einschränkung zu überwinden zielt dieses Projekt darauf ab mittels nanoESI hochsensitive und robuste Tröpfchenmikrofluidik-MS-Kopplungen zu entwickeln. Ein Ansatz unter der Verwendung von kleinster Flussrate und optimierter Zusammensetzung der Schleierflüssigkeit erlaubt ein Höchstmaß an Flexibilität. Dabei soll durch die Verwendung von beweglichen Kapillaren nur die wässrige Phase in das ESI-MS gelangen. In einem alternativen Ansatz soll mittels selektivem Laserätzen ein monolithischer mikrofluidischer Chip entwickelt werden, wo ohne Schleierflüssigkeit der elektrische Kontakt der ESI erreicht werden kann. Die beiden Techniken werden validiert und mit der bestehenden Technik verglichen, sowie auf die Analytik von Einzelzellenkatalyse, Metabolitensekretion, und auf Abbaustudien von pharmazeutischen Proteinen angewendet, um die Möglichkeiten und Grenzen der neuentwickelten Tröpfchenmikrofluidik-MS-Technologie aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen