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Organisationseinheit der BAM
The molecular dynamics of linear poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) in aqueous media at temperatures below and above the lower critical solution temperature (LCST) are investigated using broadband dielectric relaxation spectroscopy in a frequency range from 10–1 to 1011 Hz. Below the LCST, two relaxation processes are observed in the megahertz and gigahertz region assigned to the reorientation of dipoles of the solvated polymer segments (p-process) and water molecules (w-process), respectively. Both relaxation processes are analyzed using the Havriliak–Negami (HN) function, taking special attention to the w-process. Above the LCST, the dielectric spectra of the pNIPAM solutions resemble that of pure water, showing only the high frequency relaxation process of the water molecules with a more or less Debye-type behavior. The non-Debye behavior of the w-process below the LCST is mainly induced by the interactions between water and pNIPAM chains via hydrogen bonding. The relaxation time and strength of the w-process is studied with dependence on the concentration, temperature, and the polymer chain length (molecular weight). The information obtained is useful for a deeper understanding of the dehydration behavior at the phase transition. The suggestion of dehydration of the pNIPAM chains at the LCST is confirmed by calculating a dehydration number.
Biodetection formats, such as DNA and antibody microarrays, are valuable tools in the life sciences, but for some applications, the detection limits are insufficient. A straightforward strategy to obtain signal amplification is the rolling circle amplification (RCA), an easy, isothermal, and enzymatic nucleic acid synthesis that has already been employed successfully to increase the signal yield for several single-analyte and multiplexing assays in conjunction with hybridization probes. Here, we systematically investigated the parameters responsible for the RCA driven signal amplification with fluorescent labels, such as the type of fluorophore chosen, labeling strategy, composition of reaction solution, and number of handling steps. In labeling strategies, post-synthetic labeling via a Cy3-hybridization probe was compared to the direct incorporation of fluorescent Cy3–dUTP and DY-555–dUTP into the nascent strand during synthesis. With our direct labeling protocol, the assay's runtime and handling steps could be reduced while the signal yield was increased. These features are very attractive for many detection formats but especially for point-of-care diagnostic kits that need to be simple enough to be performed by scientifically untrained personnel.
Bei der Behandlung von Krebs mittels Strahlentherapie sollen Tumorzellen abgetötet werden ohne das umliegende gesunde Gewebe zu zerstören. Um Strahlentherapien für Patienten verträglicher zu machen, ist ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse auf der molekularen Ebene nötig. Dabei sind der Energieeintrag und die Streuprozesse der Strahlung in der Umgebung der DNA von besonderem Interesse. Durch Streuung von hochenergetischer Strahlung in Wasser werden besonders viele Sekundärelektronen mit niedriger Energie erzeugt. Zur Untersuchung der Schädigungseffizienz dieser Elektronen wurde ein Verfahren zur direkten Bestrahlung von Lösungen mittels Elektronen variabler Energien enwtickelt. Dies wurde durch einen neu entwickelten Probenhalter mit einer für Elektronen durchlässigen Nanomembran ermöglicht. Mit diesem können Bestrahlungen an DNA, Proteinen, und Zellen bei verschiedenen pH-Werten oder Salzkonzentrationen durchgeführt werden. Parallel dazu wurde der ortsabhängige Energieeintrag innerhalb des Wassers durch Elektronenstreusimulationen bestimmt. Diese neuartige Kombination von Experiment und Simulation ermöglicht die Bestimmung der Schaden-Dosis-Relation für Elektronenbestrahlung von biologischen Systemen unter realistischen physiologischen Bedingungen. So konnten für die genutzten Primärelektronen wie die mittlere letale Dosis, bei der 50 Prozent der DNA geschädigt sind, mit 1,7 Gy bestimmt. Ebenfalls wurde das für mikrodosimetrische Modellierungen und Betrachtungen der sogenannten Linear energy transfer (LET) Effekte, wichtige Verhältnis von DNA Einzelstrangbrüchen (SSB) zu Doppelstrangbrüchen (DSB) als SSB/DSB = 12/1 bestimmt. Mit Hilfe eines Modells für das Targetvolumen der DNA wurde der mittlere mikroskopische letale Energieeintrag berechnet als E1/2 = 6 ± 4 eV . Es wurde gefolgert, dass weniger als zwei Ionisationsprozesse im sensitiven Targetvolumen der DNA im Mittel zu einem Einzelstrangbruch führen. Diese Methode ist unabhängig von den Primärpartikel und geometrischen Bedingungen. Deshalb ermöglicht sie die Vergleichbarkeit experimenteller Systeme mit inhomogenen Energieverteilungen, welches sonst nicht gegeben ist. Des weiteren wurden die Strahlenschutzfunktionen des Zellschutzmoleküls Ectoines und sein Einfluss auf Wasser und Biomoleküle untersucht. Seine Schutzfunktion gegen ionisierende Strahlung wurde auf die Erhöhung des Streuquerschnitts niederenergetischer Elektronen und seine Eigenschaft als OH-Radikalfänger zurückgeführt. Aufbauend auf unseren Erkenntnissen finden in klinischen Arbeitsgruppen Untersuchungen zu Einsatzmöglichkeiten im Umfeld der Strahlentherapie statt.
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245767821