Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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In der klinischen Diagnostik werden für zytometrische Messverfahren bereits eine Reihe von Reagenzien eingesetzt zur Markierung von Antikörper eingesetzt, um die Detektion von Biomarkern mittels Fluoreszenz- oder Flugzeitmassenspektrometrie zu ermöglichen.
Seit kurzem ist auch eine Imaging Mass Cytometry Kombination direkt erhältlich, wodurch der Nachweis von Biomarkern in Gewebeschnitten erreicht werden kann. Dazu wird eine Kopplung von Laser Ablation und induktiv gekoppeltem Plasma Massenspektrometrie eingesetzt, wobei ähnlich der Massenzytometrie, zuvor Antikörper mit Metallen markiert, und im Anschluss mit dem Gewebeschnitt inkubiert werden. Durch die hohe Ortsauflösung können die Biomarker lokalisiert, und zukünftig vielleicht auch quantifiziert werden.
Insbesondere Lanthanide eignen sich als Markierungsmetalle, da sie einen niedrigen Untergrund und chemisch ähnliches Verhalten zueinander aufweisen. Allein durch diese Elemente können bereits etwa 15 Parameter unterschieden werden, was durch isotopenreine Standards weiter gesteigert werden kann.
Vom Markierungsgrad abhängig werden unterschiedlich viele Metalle am Antikörper gebunden, und beeinflussen so die Sichtbarkeit im ICP-MS. Nanopartikel könnten daher eine deutliche Steigerung der Sensitivität bewirken. GdVO4 Nanokristalle scheinen bisher sehr vielversprechend und bieten neben multiparametrischen Anwendungen auch Multimodalität.
Die Synthese der Nanokristalle zeigte hohe Homogenität und Reproduzierbarkeit in Partikelgröße in der Zusammensetzung. Ein erstes Experiment mit einer Zellkultur konnte bereits die effiziente Markierung der Zellen unter Beweis stellen, wobei durch hohe Signalstärke auch subzelluläre Auflösung in der LA-ICP-MS erreicht werden konnte.
Surface functionalization of nanomaterials is nowadays at the core of many applications of functional materials in the life and material sciences. Examples range from membranes and microarrays over bead-based assays, and next generation sequencing to nanometer-sized optical reporters, nanosensors, and magnetic and optical contrast agents. Typical function-nalization steps include silanization and grafting reactions with reactive monomers to introduce functional groups like amino or carboxylic acid groups or the attachment of ligands like polyethylene glycol (PEG) molecules and biomolecules. [1-3] This enables to tune e.g., dis-persibility, hydrophilicity and biocompatibility, minimize unspecific interactions, improve biofunctionalization efficiencies, and enhance blood circulation times and allows for the use of nanomaterials as reporters in assays or the design of targeted probes for bioimaging.
At the core of all functionalization strategies are reliable and validated methods for surface group and ligand quantification that can be preferably performed with routine laboratory instrumentation, require only small amounts of substances, and are suitable for many different types of nanomaterials. [3] There is meanwhile a considerable need to make these methods traceable. We present here versatile and simple concepts for the quantification of common functional groups, ligands, and biomolecules on different types of organic and inorganic nanomaterials, using conventional and newly developed cleavable and multimodal reporters, that can be detected with optical spectroscopy. [4-7] These reporters are chosen to enable method validation with the aid of method comparisons and mass balances. Also, strategies how to make these simple assays traceable to SI units using quantitative nuclear resonance spectroscopy (qNMR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) are derived.