Accumulation and Desorption of Biomolecules at Liquid-Liquid Interfaces in Aqueous Two-Phase Systems
Chemical and Thermal Process Engineering
Final Report Abstract
Zunächst kam es im Projekt zu massiven Verzögerungen, die dadurch bedingt waren, dass zuvor erzielte Resultate zur Adsorption langkettiger DNA-Moleküle im mikrofluidischen Chip nicht mehr reproduziert werden konnten. Zudem war die Varianz der mit dem mikrofluidischen Aufbau erzielten Resultate extrem groß. Aus diesem Grund wurde ein alternativer experimenteller Aufbau realisiert. In den entsprechenden Experimenten wurden charakteristische Konzentrationsmuster von an der Grenzfläche in wässrigen Zweiphasensystemen adsorbierten DNA-Molekülen gefunden. Diese Konzentrationsmuster und deren Zeitentwicklung wurden eingehend charakterisiert, und es wurde eine Theorie aufgestellt, welche die Musterbildung erklärt. Die Vorhersagen der Theorie stimmen gut mit den experimentellen Daten zum Zeitpunkt der Musterentstehung überein. Parallel dazu wurden schließlich die Probleme mit dem mikrofluidischen Versuchsaufbau gelöst, so dass in den späteren Projektphasen auch dieser Versuchsaufbau zu Verfügung stand. Es wurden Experimente zur Proteintrennung im mit einem wässrigen Zweiphasensystem befüllten Mikrokanal durchgeführt, analog zu den vor einigen Jahren durchgeführten Experimenten zur DNA-Trennung. In diesen Experimenten werden in der Dextran-Phase enthaltene Proteine elektrophoretisch zur Phasengrenze transportiert. Unter bestimmten Bedingungen adsorbieren die Proteine an der Phasengrenze, bei einer Erhöhung der elektrischen Feldstärke treten sie in die PEG-Phase über. Auf dieser Grundlage konnten zwei Proteinspezies voneinander getrennt werden: während das eine Protein an der Phasengrenze akkumuliert, tritt das andere in die PEG-Phase über. Die experimentellen Resultate stimmen gut mit den Vorhersagen eines theoretischen Modells überein, in dem angenommen wird, dass alle zur Grenzfläche transportierten Proteine dort adsorbieren und in das die Desorptionswahrscheinlichkeit als Parameter einfließt. Dieses neuartige Trennverfahren für Proteine basiert nicht –wie konventionelle Verfahren– auf Unterschieden in der Wanderungsgeschwindigkeit von Proteinen im elektrischen Feld oder auf Unterschieden im Partitionierungskoeffizienten zwischen den beiden wässrigen Phasen. Aufgrund der Verzögerungen bei Projektstart hat sich auch das Erstellen und Einreichen von Publikationen verzögert. Nicht zuletzt durch die Aktivitäten des DFG-Projekts wurde eine Forschungskooperation mit der Firma Merck KGaA aus Darmstadt eingeleitet.
