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Set them free: Brightly fluorescent indicators that are loaded into mesoporous silica nanoparticle carriers, capped with bulky antibodies, are released into the lateral flow of a test strip upon analyte arrival. Integration of the system into a rapid, simple flow test with fluorescence readout is applied for the selective and sensitive determination of the presence of triacetone triperoxide (TATP) as a prototype small-molecule analyte (see figure).
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Herstellung und Charakterisierung der ers-ten Antikörper gegen Triacetontriperoxid (TATP), einem hoch empfindlichen und unkonventionellen (nicht-kommerziellen) Initialsprengstoff. Entscheidend dafür war die Synthese eines TATP-imitierenden Haptens, welches die typische nona-gonale Struktur des TATP mit seinen drei Peroxid- und sechs Methylgruppen nahezu perfekt nachbildet, aber den Vorzug einer zusätzlichen Carboxygruppe zur kovalenten Kopplung an Proteine aufweist. Dadurch konnte das TATP-Hapten an Rinderserumalbumin (BSA) gebunden werden, um ein immunogenes Konjugat zu erzeugen, welches die erfolgreiche Immunisierung zweier Säuge-tierarten, Maus und Kaninchen, ermöglichte.
Der Verlauf der In-vivo-Immunisierungen wurde durch die Analyse der Tier-seren in regelmäßigen Abständen mittels enzymgekoppeltem Immunoassay (ELISA) verfolgt. Die polyklonalen Antikörper beider Spezies waren ungewöhnlich selektiv gegenüber TATP. Jedoch unterschied sich die Affinität der Antikörper der zwei Spezies um das 5 000-fache, wobei die Kaninchenseren den Mausseren überlegen waren. Entsprechend war auch die mit Kaninchenserum erreichbare TATP-Nachweisgrenze von 0.01 μg L-1 deutlich besser im Vergleich zu 50 μg L-1, die mit Mausserum erzielt wurden. Der Messbereich des TATP-ELISA mit Kanin-chenserum deckte zudem mehr als vier Zehnerpotenzen ab, wie mittels Präzisi-onsprofil bestimmt wurde.
Die erhaltenen TATP-Antikörper aus Kaninchen stehen damit Anwendungen in Nachweissystemen für die sehr empfindliche Detektion von TATP zur Verfügung, die u. a. in sicherheitsrelevanten Bereichen zum Einsatz kommen könnten. Als erste Anwendung wurde ein TATP-ELISA realisiert, der im Rahmen dieser Arbeit ausführlich optimiert wurde. Außerdem wurden erste Schritte zur Entwicklung eines TATP-Schnelltests (LFA) unternommen. Weitere Biosensoren auf Grundla-ge der neu entwickelten TATP-Antikörper sind denkbar.
A non-invasive method to monitor the humoral immune response in mice after immunization is described. From fecal pellets of an individual mouse, a sufficient amount of active immunoglobulins or their fragments can be extracted to perform a regular examination of the status of the immune response by immunoassay. Hapten-specific antibodies from the feces of mice from three immunization trials showed very similar characteristics to those obtained from serum at a given date. Therefore, it can be suspected that some serum IgG enters the intestinal lumen and ends up in the feces, where they appear to be considerably stable. Hapten-specific IgAs were not found in the feces. Being able to analyze antibody titers in feces could be an interesting animal welfare refinement to standard practice that does not entail repeated blood sampling.
Triacetone triperoxide (TATP) is a primary explosive, which was used in various terrorist attacks in the past. For the development of biosensors, immunochemical µ-TAS, electronic noses, immunological test kits, or test strips, the availability of antibodies of high quality is crucial. Recently, we presented the successful immunization of mice, based on the design, synthesis, and conjugation of a novel TATP derivative. Here, the long-term immunization of rabbits is shown, which resulted in antibodies of extreme selectivity and more than 1,000 times better affinity in relation to the antibodies from mice. Detection limits below 10 ng L-1 (water) were achieved. The working range covers more than four decades, calculated from a precision profile. The cross-reactivity tests revealed an extraordinary selectivity of the antibodies—not a single compound could be identified as a relevant cross-reactant. The presented immunoreagent might be a major step for the development of highly sensitive and selective TATP detectors particularly for security applications.
Triacetone triperoxide (TATP), an improvised explosive, is a potential security threat because of its cost-efficient synthesis and the difficulty in detecting it. A highly selective antibody could provide the necessary specificity to the detection process. To obtain antibodies, a hapten made from acetone, hydrogen peroxide, and 7-oxooctanoic acid has been designed, synthesized, and confirmed by NMR that displays the utmost similarity to the analyte. The single-crystal X-ray structures of the solvated species TATP·methanol (1:1) and the TATP derivate were determined. In both compounds, the molecules exhibit D3 symmetry and adopt a twisted boat-chair conformation. The hapten was coupled to bovine serum albumin, and mice were immunized. An immune response against TATP was elicited, and selective antibodies were detected in the mouse serum, which should be very useful for the development of a TATP biosensor system. An ELISA with a limit of detection for TATP of 65 µg L-1 is shown.
Das EU-Projekt HOMER befasst sich mit den sogenannten Home Made Explosives (HMEs) und frei verfügbaren Rezepten für deren Herstellung. Diese Selbstlaborate spielen in der heutigen Zeit vor allem im Zusammenhang mit terroristischen Aktivitäten eine bedeutende Rolle. Informationen zu HMEs und ihrer Herstellung werden einfacher denn je über das Internet verbreitet. Hier knüpft das im 7. EU‑Forschungsrahmenprogramm finanzierte Projekt an und bezweckt, die im Internet verfügbaren Quellen auszuwerten und so die Informationslage für Sicherheitskräfte und Ermittlungsbehörden zu verbessern. Im Rahmen des Projektes wird eine automatisierte Suche von Rezepten im Internet entwickelt. Die gefundenen sowie die im Projekt generierten Informationen über HMEs sollen im Endergebnis in Form einer Software (Knowledge Management Platform) informationstechnisch nutzbar gemacht werden. Diese Datenbank soll auch für mobile Geräte zur Verfügung stehen. Der Schwerpunkt der Projektbeteiligung des Fachbereichs 2.3 Explosivstoffe der BAM liegt in der Bewertung der Rezepturen und der auf ihrer Grundlage hergestellten Laborate. Es wurden HMEs entsprechend der vorgefundenen Rezepte und unter Beachtung aller notwendigen Sicherheitsvorkehrungen hergestellt und anschließend sicherheitstechnisch geprüft und bewertet. Dabei wurden sowohl Handhabungsparameter wie die Empfindlichkeiten gegen Schlag, Reibung und thermische Einflüsse ermittelt, als auch die Leistungsparameter wie Detonationsgeschwindigkeit und Luftstoßdruckwirkung gemessen. Die gewonnen Erkenntnisse fließen in die genannte Datenbank ein und sollen beispielsweise Einsatzkräften vor Ort helfen, angemessene Schutzabstände zu ermitteln. Auch das Personal in Laboren der Kriminalämter profitiert von der zusammengetragenen Information über HMEs bei der Analyse von unbekannten Explosivstoffspuren.
In diesem Beitrag wird über den aktuellen Stand der Normfortentwicklung auf europäischer Ebene im Bereich der Explosivstoffe und Pyrotechnik berichtet. Gemäß der jeweiligen Normungsaufträge werden sämtliche harmonisierten Normen bzw. Normenreihen beider Fachgebiete überarbeitet. Neben der Anpassung an die neuen Richtlinien und dem Überprüfen des Stands der Technik werden auch weitere inhaltliche Neuerungen vorgenommen. In der Pyrotechnik wird unter anderem die verstärkte Einbeziehung von Umweltaspekten sowie die Schärfung der Abgrenzungskriterien zum Feuerwerk im Fokus stehen. Bei den Explosivstoffen sind die elektronischen Zündsysteme und die vor Ort hergestellten Sprengstoffe (MEMUs) bislang unzureichend durch Normen abgedeckt und werden nun berücksichtigt. Dieser Beitrag soll auch aufzeigen, welche Herausforderungen sich bei der Arbeit an den Normen ergeben.
Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die kürzlich abgeschlossenen und laufenden Normungsaktivitäten im Bereich der zivilen Explosivstoffe und pyrotechnischen Gegenstände. Ein Fokus dieses Beitrags liegt auf den Themen elektronische Zündsysteme, vor-Ort hergestellte Explosivstoffe und auf dem aktuellen Entwurf eines Normungsauftrags im Bereich der pyrotechnischen Gegenstände. Des Weiteren wird auf den Entwicklungsprozess und die Bedeutung der Normung im Allgemeinen eingegangen.
Forschung zur zivilen Sicherheit: Homemade Explosives besser erkennen und Anschläge verhindern
(2022)
Terroranschläge stellen nach wie vor eine stete Bedrohung für Gesellschaften weltweit dar. Häufig bedienen sich Terroristen*innen dabei selbsthergestellter Explosivstoffe, auch als homemade explosives (HMEs) bezeichnet, die aus alltäglichen Chemikalien in improvisierten Laboratorien hergestellt werden. Anleitungen für die Herstellung solcher Explosivstoffe werden im Internet geteilt und setzen meist kein oder nur ein rudimentäres Verständnis der Chemie voraus. Um geplante Terroranschläge schon während der Phase der Herstellung zu vereiteln, werden Methoden entwickelt, die frühzeitig Hinweise auf solche Aktivitäten geben. In dem EU-geförderten Projekt ODYSSEUS wird in enger Zusammenarbeit zwischen Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) sowie Partnern aus Industrie und Forschung an der Entwicklung neuer Methoden zur Erkennung von HMEs und ihrer Ausgangsstoffe gearbeitet.