Graphen-induzierter Energietransfer für die Quantifizierung der Struktur und Dynamik von Proteinkomplexen

// Analytik // Bioanalytik // Biotechnik // Chemie
Ref-Nr: 16945

Einleitung / Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Struktur- und Aktivitätsbestimmung von Biomolekülen. Durch die Entwicklung einer biofunktionalisierten Graphenschicht als empfindlichen Sensor für Biomoleküle werden die nanoskopische Anatomie der Proteinstruktur und der Nachweis der DNA-Hybridisierung erhalten. Das Anwendungsgebiet ist die Biosensorik. Die Erfindung hat eine breite Anwendung in der wissenschaftlichen Forschung, Diagnose und im Wirkstoff-Screening.

Abb.1: Ultrasensitive Detektion von Biomolekülen durch GIET (gelbe Kurve). Die Strukturdynamik von Proteinen und die DNA-Hybridisierung werden an biofunktionalisiertem Graphen (Cyanschicht auf schwarzer Linie) mit Einzelmolekülempfindlichkeit quantifiziert.

Hintergrund

Die Struktur von Proteinen und Proteinkomplexen legt ihre Funktion in pharmazeutischen Anwendungen fest. Die häufig verbreiteten Fluoreszenzmethoden zur Erforschung von Proteinstrukturen basieren auf dem Förster Resonanz Energie Transfer (FRET). Inzwischen sind auf FRET basierende Molecular Beacons weit für die DNA-Hybridisierung in Polymerkettenreaktionen (PCR) verbreitete. Der FRET-Empfindlichkeitsbereich ist jedoch auf 10 nm begrenzt.

Lösung

Die neue Technologie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trägerschichten mit einer biofunktionalisierten Graphenschicht und deren Verwendung zur Bestimmung der Struktur und Strukturdynamik von Biomolekülen insbesondere Nukleotiden, Proteinen und Proteinkomplexen. Dazu gehören auch neue Verbindungen zur Biofunktionalisierung von Graphen, insbesondere neue amphiphile Moleküle zur nichtkovalenten Oberflächenbeschichtung einer Graphenschicht. Das neue Verfahren zur Verwendung von GIET zum Nachweis der Struktur eines großen Spektrums von Biomolekülen konnte bereits an Beispielen mit DNA und Proteinen gezeigt werden.

Vorteile

Ein erweiterter Empfindlichkeitsbereich bis 30 nm und eine Subnanometer Abstandsempfindlichkeit von GIET. Quantitative Detektion von Nukleotidhybridisierung und der Strukturdynamik von Proteinen und Proteinkomplexen. Detektion mit hoher Sensitivität gegenüber Einzelmolekülen, wodurch der Probenverbrauch und die Analysezeit drastisch reduziert werden. Nur eine einzelne Fluoreszenzmarkierung auf Biomolekülen (z.B. Proteinen) ist erforderlich. Quencherfreie Molecular Beacons für DNA-Hybridisierungen durch GIET Analyse. Neue Verbindungen für nichtkovalente Biofunktionalisierung von Graphen. GIET-Chips und -Kits für wissenschaftliche Forschung, Diagnose und Wirkstoff-Screening. Automatisiertes Screening von Ziel-DNA und Medikamentenkandidaten in großem Maßstab in integrierten GIET-Geräten, die mit einem Fluid-System und einem Auto-Sampling-System ausgestattet sind.

Anwendungsbereiche

Forschung, Diagnose, Biosensorik, Wirkstoffscreening

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