Nanoporen für die Biologische Physik und die Physik der weichen Materie

• Applicant: Professor Dr. Ulrich Felix Keyser
• Subject Area: Biophysics
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 35388645

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung des Transports von Ionen und Biomolekülen durch natürliche und Festkörpernanoporen. Der Transport von Materie durch Nanoporen ist von elementarer Wichtigkeit für das Funktionieren von biologischem Leben. In vielen Prozessen, wie etwa der Injektion von DNA durch Phagen, dem Gentransfer zwischen Bakterien oder auch der Proteinherstellung müssen Biomoleküle Nanoporen von 1 bis 10 nm Durchmesser passieren, um nur einige Beispiele zu nennen. Von besonderem Interesse sind die kürzlich erstmals hergestellten künstlichen Nanoporen, da sie ideale Modellsysteme für biologische Nanoporen darstellen, robuster sind und auch vielseitig verwendbar unter extremen chemischen Bedingungen.Mein Forschungsvorhaben zielt auf tieferes Verständnis dieser Transportprozesse. Für die Experimente werde ich hauptsächlich Festkörpernanoporen als Modellsystem zu den biologischen Poren verwenden. Für die Untersuchungen soll ein neuer experimenteller Aufbau verwendet werden, der eine Verbindung von optischer Pinzette und Hochempfindlichen Strommessungen durch Nanoporen darstellt. Dieses Gerät wird die einzigartige Möglichkeiten bieten, die Position, die Transportgeschwindigkeit und sogar die Kraft eines einzelnen Moleküls wie DNA in der Nanopore einzustellen bzw. zu messen. Die Kombination von optischer Pinzette und Nanoporen ist ein völlig neuer Ansatz, um DNA in ionischen Lösungen, die Wechselwirkung von DNA in den Nanoporen und sogar DNA-Triplex-Strukturen zu studieren. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung einer neuen Methode, um die primäre Sequenz von DNA zu entschlüsseln durch Markierung mit Basenspezifischen ’Peptide Nucleic Acid’ (PNA) Bindungen.Im weiteren Verlauf der Experimente ist eine Ausweitung der Aktivitäten auf die Untersuchung von biologischen Systemen geplant.Dieses interdisziplinäre Forschungsprojekt verbindet Verfahren und Fragestellungen aus der Physik der weichen Materie, biologischen Physik, physikalischen Chemie und Nanotechnologie.

• DFG Programme: Independent Junior Research Groups
• Major Instrumentation: Optische Pinzette