Detektion von Analyten mittels Bindungskinetik

In der biologischen, pharmazeutischen und supramolekularen Analytik stehen etablierte Analyseverfahren vor der Herausforderung, in einer Probe unbekannte Analyten in unbekannter Konzentration qualitativ und quantitativ zu bestimmen.

Stand der Technik

Dafür kommen in der Praxis Indicator-Displacement-Assays (IDA) und Competitive-Binding-Assays (CBA) zur Anwendung. Diesen Verfahren liegt das Prinzip einer kompetitiven Verdrängungsreaktion zugrunde: Ein selektiver Rezeptor eines Rezeptor-Indikator-Komplexes bindet bei Kontakt den zu detektierenden Analyten. Der Indikator wird dadurch verdrängt und erzeugt eine Farbänderung oder Fluoreszenz, die als spektroskopisches Signal messbar ist. Allerdings hängt die Stärke des Signals von der Konzentration des Analyten in der Probe ab, die in der Praxis typischerweise unbekannt ist.

Technologie

Wissenschaftler des Instituts für Nanotechnologie (INT) am KIT haben ein neues Analyseverfahren entwickelt, welches das Bindungsverhalten in einem umgekehrten Prozess, dem Analyt-Verdrängungs-Assay (ADA), zeitaufgelöst betrachtet (kinADA-Verfahren). Eine kontinuierliche Messung der Signaländerungen ermöglicht dabei die Auswertung thermodynamischer und kinetischer Reaktionsdaten. Klassisch wird nur die Gleichgewichtsselektivität eines Rezeptors am Endpunkt (also Abschluss) der Reaktion bestimmt, nun hingegen wird auch die kinetische Selektivität genutzt. Das entstehende Reaktionsprofil stellt einen „kinetischen Fingerabdruck“ dar, der die Identifikation der Analyten möglich macht. Zur Auswertung der Reaktionsdaten liegt eine eigens entwickelte Open-Source-Software vor.

Vorteile

Der Vorteil des Verfahrens liegt in der verbesserten und auch beschleunigten Möglichkeit zur Analytunterscheidung auf Basis von deren charakteristischen Rezeptorbindungskinetiken. Daher können nun anstelle von kostenintensiven, hochselektiven Biorezeptoren bereits bekannte, chemisch robuste und preiswerte Materialien als Rezeptorkomponenten verwendet werden, deren praktischer Einsatz bisher gehindert war. Das Verfahren kann aber auch dazu verwendet werden, die Selektivität von Biorezeptoren, bei denen teilweise auch die Unterscheidbarkeit von strukturell ähnlichen Analyten („Kreuzreaktivitäten“) noch ein Problem darstellt, weiter zu verbessern.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Industriepartner zur anwendungsspezifischen Ausgestaltung, zum Sampling und zum produktiven Einsatz des Verfahrens. Anwendungsmöglichkeiten könnten in der physiologischen Analytik, Wasseranalytik, chemischen Analytik, Gen- und Zellforschung und Gassensorik liegen.