TY - THES A1 - Hesse, Almut T1 - Entwicklung immunchemischer Methoden zur Spurenanalytik der Sprengstoffe Nitropenta und Trinitrotoluol N2 - Pentaerythrityltetranitrat (PETN), ein in jüngster Vergangenheit häufig von Terroristen verwendeter Sprengstoff, ist äußerst schwer zu detektieren. Ein verbesserter Antikörper gegen PETN wurde durch Anwendung des Konzepts des bioisosteren Ersatzes entwickelt,indem ein Nitroester durch einen Carbonsäurediester ersetzt wurde. Biostere Moleküle haben eine ähnliche Struktur wie die Referenzsubstanz und zeigen eine vergleichbare biologische Wirkung. Dieser Ansatz führte zu polyklonalen Antikörpern mit extrem guter Selektivität und Sensitivität. Die Nachweisgrenze des Enzyme-Linked Immunosorbent Assays (ELISAs) beträgt 0,15 μg/L. Der Messbereich des Immunassays liegt zwischen 1 und 1000 μg/L. Die Antikörper sind sowohl hinreichend pH-stabil als auch robust gegen Lösungsmittelzusätze. Das Antiserum könnte auch für Schnelltests, Biosensoren, Mikro-Arrays und andere analytische Methoden verwendet werden. Für die Umweltanalytik von Trinitrotoluol (TNT) wurde eine Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)-kompatible Affinitätssäule hergestellt. Druckbeständiges, poröses Glas hat sich als ein hervorragendes Trägermaterial herauskristallisiert. Um selektive anti-TNT-Antikörper für die Herstellung der Affinitätssäule aus den beiden verwendeten TNT-Seren zu isolieren, wurde eine Trennung an einer Dinitrophenyl-Affinitätssäule durchgeführt. Zur Optimierung der Immobilisierungsmethode wurden orangefarbene Dabsyl -Proteine synthetisiert und auf der Oberfläche gebunden. Die Färbung wurde als Indikator für die Immobilisierungsdichte verwendet. Wegen der hohen Affinitätskonstanten der polyklonalen anti-TNT-Antikörper der beiden Seren (5,1 bzw. 2,3∙109 L/mol) lässt sich TNT durch eine typische saure Elution der TNT-Affinitätssäule nur schwer eluieren. Aus diesem Grund wurde eine neuartige Elutionsmethode entwickelt, die irreversible, denaturierende, thermische Online -Elution. Diese eröffnet ein weites Anwendungsfeld, da so Affinitäten, die klass ischerweise aufgrund zu hoher Bindungskonstanten zwischen Ligand und Rezeptor nicht für die Affinitätschromatographie genutzt werden können, für die Analytik besser handhabbar werden. Die maximale Kapazität einer im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Affinitätssäule (64,8 μL) betrug 650 ng TNT bzw. 10 μg/mL Säulenvolumen. Um die Immobilisierungsdichte der produzierten Affinitätssäulen zu bestimmen, wurde ein neues Verfahren entwickelt, da die üblichen spektroskopischen Proteinbestimmungsmethoden aufgrund der hohen unspezifischen Wechselwirkung mit dem Trägermaterial zur Proteinbestimmung nicht geeignet waren. Zur Quantifizierung von Proteinen oder Peptiden,die auf festen Trägern immobilisiert sind, wurde auf Grundlage einer HPLC-Trennung der aromatischen Aminosäuren Tyrosin (Tyr) und Phenylalanin (Phe) ohne vorherige Derivatisierung eine gegenüber der klassischen Aminosäureanalytik vereinfachte HPLC/UV-Methode entwickelt. Die Hydrolyse der Proteine und Peptide wurde durch Einsatz von Mikrowellentechnik beschleunigt, sodass nur 30 Minuten statt ca. 22 Stunden für das Standardprotokoll benötigt wurden, bei dem ein Hydrolyseröhrchen verwendet wird. Zur internen Kalibrierung wurden zwei Standardverbindungen, Homotyrosin (HTyr) und 4-Fluorphenylalanin (FPhe) verwendet. Die Nachweisgrenze (limit of detection, LOD) bei 215 nm ist sowohl für Tyr als auch für Phe 0,05 μM (~ 10 μg/L). Dieses neue Verfahren, das als Aromatische Aminosäureanalyse (Aromatic Amino Acid Analysis, AAAA) bezeichnet werden kann, wurde zur Proteinbestimmung von homogenen Proben mit Rinderserumalbumin (BSA) des Nationalen Instituts für Standards und Technologie der USA (NIST) validiert, wobei die Nachweisgrenze für Proteine mit 16 mg/L (~ 300 ng BSA) mit gängigen spektroskopischen Verfahren vergleichbar ist. Es liefert incl. der Hydrolysestufe eine verbesserte Genauigkeit mit einer relativen Standardabweichung von ca. 5%. T3 - BAM Dissertationsreihe - 158 KW - Affinitätschromatographie KW - Affinity chromatography KW - Polyklonale TNT-Antikörper KW - Immunassay KW - Aromatische Aminosäureanalyse KW - Polyclonal TNT-antibodies KW - Polyclonal PETN-antibodies KW - Immunoassay KW - Aromatic amino acid analysis KW - Polyklonale PETN-Antikörper PY - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-417566 SN - 1613-4249 VL - 158 SP - I EP - 234 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-41756 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hesse, Almut A1 - Weller, Michael G. T1 - Protein Quantification by Derivatization-Free High-Performance Liquid Chromatography of Aromatic Amino Acids N2 - Amino acid analysis is considered to be the gold standard for quantitative peptide and protein analysis. Here, we would like to propose a simple HPLC/UV method based on a reversed-phase separation of the aromatic amino acids tyrosine (Tyr), phenylalanine (Phe), and optionally tryptophan (Trp) without any derivatization. The hydrolysis of the proteins and peptides was performed by an accelerated microwave technique, which needs only 30 minutes. Two internal standard compounds, homotyrosine (HTyr) and 4-fluorophenylalanine (FPhe) were used for calibration. The limit of detection (LOD) was estimated to be 0.05 µM (~10 µg/L) for tyrosine and phenylalanine at 215 nm. The LOD for a protein determination was calculated to be below 16 mg/L (~300 ng BSA absolute). Aromatic amino acid analysis (AAAA) offers excellent accuracy and a precision of about 5% relative standard deviation, including the hydrolysis step. The method was validated with certified reference materials (CRM) of amino acids and of a pure protein (bovine serum albumin, BSA). AAAA can be used for the quantification of aromatic amino acids, isolated peptides or proteins, complex peptide or protein samples, such as serum or milk powder, and peptides or proteins immobilized on solid supports. KW - Protein analysis KW - Proteomics KW - Peptides KW - Metrology KW - Certified reference materials KW - Amino acid analysis KW - Hydrolysis KW - Microwave KW - Tyrosine KW - Phenylalanine KW - Tryptophan PY - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-370215 SN - 2090-0112 SN - 2090-0104 VL - 2016 SP - Article 7374316, 1 EP - 8 PB - Hindawi CY - Cairo, London, New York AN - OPUS4-37021 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hesse, Almut A1 - Biyikal, Mustafa A1 - Rurack, Knut A1 - Weller, Michael G. T1 - Development of highly sensitive and selective antibodies for the detection of the explosive pentaerythritol tetranitrate (PETN) by bioisosteric replacement N2 - An improved antibody against the explosive pentaerythritol tetranitrate (PETN) was developed. The immunogen was designed by the concept of bioisosteric replacement, which led to an excellent polyclonal antibody with extreme selectivity and immunoassays of very good sensitivity. Compounds such as nitroglycerine, 2,4,6-trinitrotoluene, 1,3,5-trinitrobenzene, hexogen (RDX), 2,4,6-trinitroaniline, 1,3-dinitrobenzene, octogen (HMX), triacetone triperoxide (TATP), ammonium nitrate, 2,4,6-trinitrophenol and nitrobenzene were tested for potential cross-reactivity. The detection limit of a competitive enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was determined to be around 0.5 µg/L. The dynamic range of the assay was found to be between 1 µg/L and 1000 µg/L, covering a concentration range of three decades. This work shows the successful application of the bioisosteric concept in immunochemistry by exchange of a nitroester to a carbonate diester. The antiserum might be used for the development of quick tests, biosensors, microtitration plate immunoassays, microarrays and other analytical methods for the highly sensitive detection of PETN, an explosive frequently used by terrorists, exploiting the extreme difficulty of its detection. KW - bioisosteric replacement KW - immunoassay KW - antibody KW - explosives KW - hapten KW - Semtex KW - ELISA KW - security KW - terrorism PY - 2016 UR - http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jmr.2511/abstract U6 - https://doi.org/10.1002/jmr.2511 SN - 1099-1352 VL - 29 SP - 88 EP - 94 PB - John Wiley & Sons, Ltd. CY - New York, USA AN - OPUS4-35827 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -