Fluxgate-Magnetrelaxometrie magnetischer Nanopartikel in der Bioanalytik
Magnetische Nanopartikel werden in vielen Bereichen der Medizin und Biotechnologie eingesetzt. Die bekanntesten Anwendungen sind der Einsatz als Kontrastmittel in der Kernspintomografie und zur Separation und Aufreinigung von Biomolekülen. Für alle Anwendungen werden spezialisierte Nanopartikel benötigt. Die Spezialisierung der Nanopartikel kann eine bestimmte Größe und Größenverteilung oder eine Funktionalisierung zur spezifischen Bindung an Zielsubstanzen sein. In der Bioanalytik können die magnetischen Relaxationseigenschaften superparamagnetischer Nanopartikel für ein Nachweisverfahren von Biomolekülen genutzt werden. In dieser Arbeit wurde ein Messgerät entwickelt und charakterisiert, mit dem die Magnetrelaxation superparamagnetischer Nanopartikel mit hochempfindlichen Magnetfeldsensoren ohne aufwendige, magnetische Abschirmung bei Raumtemperatur gemessen werden kann. Für die Messung und die Auswertung der Messdaten wurden Programme entwickelt, und die Messunsicherheit sowie die Nachweisgrenze des Systems wurden im Hinblick auf Messungen von kleinsten Konzentrationen an magnetischen Nanopartikeln und Biomolekülen bestimmt. Mit dem aufgebauten Messsystem wurden Bindungsexperimente mit superparamagnetischen Nanopartikeln an verschieden großen Zielsubstanzen durchgeführt, wobei Bindungskinetiken untersucht werden konnten. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 578 (vom Gen zum Produkt) wurde das Verfahren der Magnetrelaxometrie erstmals eingesetzt, um die Vernetzungskinetik und Einbettungskapazität von Hydrogelen zu bestimmen. Nachdem die Messeinheit in einem ersten Forschungssystem getestet und eingesetzt worden war, wurde ein Demonstrator eines kompletten Messsystems inklusive Messdatenauswertung in der Größe eines 19"-Gehäuses aufgebaut. Ein solches Laborgerät ermöglicht die kostengünstige Qualitätssicherung und Anwendung von magnetischen Nanopartikeln in der Forschung und Industrie.
Magnetic nanoparticles find wide application in medicine and biotechnology. Established applications include the use of magnetic nanoparticles as contrast agents for magnetic resonance imaging and for the separation and purification of biomolecules. The nanoparticles have to be tailored for a given application which, for example, requires a defined size and size distribution or a functionalization to specifically bind to targets. In bioanalytics, the magnetic properties of superparamagnetic nanoparticles can be used to detect biomolecules. A measurement system was developed and characterized that measures the magnetic relaxation with highly sensitive magnetic field sensors at room temperature without the need for costly cooling and magnetic shielding. To control the measurement cycle and to analyze the magnetorelaxation data, software applications were developed. The measurement uncertainty and the detection limits of the system were determined with respect to measuring small amounts of magnetic nanoparticles and biomolecules. With this measurement system, binding experiments with superparamagnetic nanoparticles and targets of different sizes were performed. Furthermore, binding kinetics were investigated. Within the scope of the Sonderforschungsbereich 578 (from gene to product), the method of magnetorelaxation measurement was used to characterize the load capacities and kinetics of polymerization of hydrogels. After the measurement unit had been tested successfully, a laboratory instrument was developed which integrates the measurement coil system and electronics together with a computer in a single 19" instrument. With this instrument, the characterization of magnetic nanoparticles in terms of size distribution and agglomeration as well as magnetic properties can be investigated. Such a laboratory instrument allows the cost-effective quality control of magnetic nanoparticles and their application in research and industry.
Preview
Cite
Access Statistic
Rights
Use and reproduction:
All rights reserved