Selektiver Membrane-Transport mittels DNA Nanopores

Dieses Projekt befasst sich mit molekularen Transportprozesse, die in der Biologie und der Biotechnologie eine wichtige Rolle spielen. Die Transportprozess helfen Membranbarrieren zu überwinden und Biomoleküle in biologischen Zellen einzuschleusen oder Medikamente in der pharmazeutischen Industrie aufzureinigen. Der im Projekt untersuchte Transportprozess basisert auf kleinen Poren mit einer Breite von wenigen Nanometern. Die Bewegung von Molekülen durch diese kleine Öffnungen ist in mehrfacher Hinsicht einzigartig und unterscheidet sich von makroskopischen Systemen. (i) Eine Pore mit einer schmalen Öffnung kann eine Größenbegrenzung für Molekül auferlegen. (ii) Ein Biomoleküle innerhalb der Pore is räumlich beschränkt und ist vorübergehend festgehalten. (iii) Die keline Längenskala kann zu häufigen Wechselwirkungen zwischen dem Biomolekül und der Porenwand führen. Der Transporttyp in diesem Projekt ist zudem besonders, da die Poren interne Bindungswege aufweisen. Diese kleine Transportwege erkennen spezifisch die molekulare Fracht und ermöglichen, dass nur die Zielmoleküle auf der anderen Porenseite ankommen. Unser Projekt wird das Verständnis dieses Transportprozesses drastisch verbessern. Derzeit gibt es nur geringes Wissen darüber, wie die Porenabmessungen die Geschwindigkeit oder die Spezifität des Transportes beeinflussen. Um das Projektziel zu erreichen, werden Experimente und mathematische Simulationen kombiniert. Wir erwarten, dass unsere wissenschaftlichen Erkentnisse es erleichtern, für die Biotechnologie effektivere nanoporöse Reinigungs-Membranen oder Biosensoren zu entwicklen.

Dieses Projekt befasste sich mit molekularen Transportprozesse, die in der Biologie und der Biotechnologie eine wichtige Rolle spielen. Die Transportprozess helfen Membranbarrieren zu überwinden und Biomoleküle in biologischen Zellen einzuschleusen oder Medikamente in der pharmazeutischen Industrie aufzureinigen. Der im Projekt untersuchte Transportprozess basisert auf kleinen Poren mit einer Breite von wenigen Nanometern. Die Bewegung von Molekülen durch diese kleine Öffnungen ist in mehrfacher Hinsicht einzigartig und unterscheidet sich von makroskopischen Systemen. (i) Eine Pore mit einer schmalen Öffnung kann eine Größenbegrenzung für Molekül auferlegen. (ii) Ein Biomoleküle innerhalb der Pore is räumlich beschränkt und ist vorübergehend festgehalten. (iii) Die keline Längenskala kann zu häufigen Wechselwirkungen zwischen dem Biomolekül und der Porenwand führen. Der Transporttyp in diesem Projekt ist zudem besonders, da die Poren interne Affinitätsspuren aufweisen. Diese kleine Transportwege erkennen spezifisch die molekulare Fracht und ermöglichen, dass nur die Zielmoleküle auf der anderen Porenseite ankommen. Um das Verständnis dieser Transportprozesse drastisch zu verbessern, hat unser Projekt nanoskalare Poren mit einstellbarer Größe geschaffen und mit Affinitätsspuren ausgestattet. Auch der Transport wurde mittels Einzelmolekülanalyse verfolgt. Darüber hinaus wurde ein mathematisches Modell des Frachttransports entwickelt, um die experimentellen Ergebnisse zu verallgemeinern. Unsere neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden beim rationalen Design von nanoporösen Reinigungsmembranen oder auf Nanoporen basierenden Geräten wie Biosensoren helfen.