Untersuchung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) auf der Nanometer-Skala - Kombination von DNA-Origamis und Ceria-Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Ilko Bald; Professor Dr. Michael U. Kumke
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450169704

Ceria- (CeO2-) Nanopartikel (NP) werden auf Grund ihrer katalytischen Eigenschaften und als Antioxidans im Zusammenhang mit freien Radikalen in Verschiedenen Anwendungen intensiv genutzt bzw. untersucht. Durch die Möglichkeit des Wechsels der Oxidationsstufe zwischen +III und +IV können an der Oberfläche von Ceria-NP reaktive Sauerstoffspezies (ROS) "gequencht" und so in harmlose Verbindungen überführt werden. Durch die Dotierung von Lanthanoid-Ionen (Ln(III), z.B. Eu(III)) in die Ceria-NP können vermehrt Fehlstellen in die Kristallmatrix eingebaut und so die Redox-Aktivität der NP verändert werden. In den vorgeschlagenen Arbeiten des vorliegenden Projektes soll die Wirkung von Ln(III)-dotierten Ceria-NP auf ROS untersucht werden. Hydroxyl-Radikale werden dafür als ROS-Referenzspezies herangezogen und Einzelstrang-DNA (ssDNA), die an DNA-Origamitemplate gebunden ist. Die ssDNA dient als Anker für mit komplementären ssDNA-Strängen funktionalisierten Ceria-NP. In Kombination mit den DNA-Origamitemplaten können die Ceria-NP so gezielt angeordnet werden. Die Eu(III)-dotierten Ceria-NP werden mittels Solgel-Technik hergestellt, und umfassend hinsichtlich ihrer physiko-chemischen Eigenschaften charakterisiert (z.B. Oberfläche, Spektroskopie). Die Hydroxyl-Radikale werden mittels der Fenton-Reaktion hergestellt. Die DNA-Origamitemplate werden mit AFM untersucht und charakterisiert. Um den Abstand zwischen den DNA-Origamitemplaten und den Ceria-NP gezielt zu variieren, werden ssDNA-Stränge unterschiedlicher Sequenzlänge genutzt werden. Auf diese Weise gelingt eine Variation auf der nm-Skala. Es kann so die Abhängigkeit von DNA-Strangbrüchen durch Hydroxyl-Radikale von Abstand der Ceria-NP gezielt untersucht und deren biologische Wirksamkeit quantifiziert werden (Erstellen einer Abstand-Wirkungsbeziehung). Neben der Auswertung von AFM-Daten, werden auch Fluoreszenzmessungen zur Untersuchung der Reaktivitätsänderung durch die Anwesenheit von Ceria-NP durchgeführt. Dazu werden die DNA-Origamis mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen