Weiterentwicklung optischer Sonden zur Untersuchung lebender Zellen auf Grundlage der oberflächenverstärkten Raman-Streuung

Tina Büchner

Diese Publikation zitieren

Tina Büchner, Weiterentwicklung optischer Sonden zur Untersuchung lebender Zellen auf Grundlage der oberflächenverstärkten Raman-Streuung (2019), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832588830

32
Accesses

Beschreibung / Abstract

Zur Untersuchung von lebenden Organismen in vitro und in vivo hat sich die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) besonders als nicht-invasive Analysemethode hervorgetan. Ihre Anwendung findet diese Technik nicht nur in der Diagnostik z.B. bei der Detektion von Krankheiten, sondern auch in der Therapie. Plasmonische Nanopartikel werden einerseits als optische Sonden zur Erzeugung der verstärkten Raman-Signale verwendet. Andererseits können sie zusätzlich mit Biomolekülen modifiziert werden, welche als Medikament dienen oder auch den Aufenthaltsort der Partikel in einer Zelle beeinflussen können.

In dieser Arbeit werden Goldnanopartikel sowie Kompositstrukturen aus Gold- bzw. Silber- und Magnetitpartikeln in eukaryotischen Zellen während der endosomalen Reifung und der endosomalen Flucht untersucht. Unter Zuhilfenahme komplementärer Analytik wie SERS, LA-ICP-MS, Röntgentomographie und Transmissionselektronenmikroskopie wird das Verhalten der Nanopartikel in den Zellen beobachtet und nach folgenden Fragestellungen analysiert: wo und wie viele Nanopartikel lokalisiert sind, wie die Aggregatmorphologie und -größe ist oder auch wie sich die Partikel während der endosomalen Reifung und in unterschiedlichen Zellorganellen verhalten.

Inhaltsverzeichnis

  • BEGINN
  • 1. Motivation und Zielstellung
  • 2. Hintergrund der Arbeit und aktueller Kenntnisstand
  • 2.1. Wechselwirkung von Nanopartikeln mit eukaryotischen Zellen
  • 2.2. Normale und oberflächenverstärkte Raman-Streuung zur Untersuchung komplexer biologischer Proben
  • 2.3. Charakterisierung mittels Verfahren zur Untersuchung der zellulären Ultrastruktur
  • 2.4. Charakterisierung der Nanopartikel in einzelnen Zellen unter Verwendung von LA-ICP-MS/ICP-MS
  • 2.5. Charakterisierung der Nanopartikel in ihrer biologischen Umgebung mit UV/Vis-Spektroskopie
  • 3. Material und Methoden
  • 3.1. Materialien und Reagenzien
  • 3.2. Herstellung von unmodifizierten sowie NLS-funktionalisierten Goldnanopartikeln und von Kompositnanopartikeln
  • 3.3. Charakterisierung der Nanopartikel
  • 3.4. Zellkultur, Nanopartikelinkubation und Toxizitätsbestimmung
  • 3.5. Zellkernisolierung von Fibroblasten
  • 3.6. Raman- und SERS-Untersuchungen von Fibroblasten, ihren Zellkernen und biologischen Medien
  • 3.7. Transmissionselektronenmikroskopie und Kryoröntgentomographie
  • 3.8. LA-ICP-MS an Zellen und ICP-MS an Zell- und Nanopartikelsuspensionen
  • 4. Verfolgung der Goldnanopartikel-Aggregation während der endosomalen Reifung mithilfe komplementärer Analysemethoden
  • 4.1. Quantitative Untersuchung der Bildung und Lokalisation von Nanopartikelaggregaten in einzelnen Zellen mit LA-ICP-MS
  • 4.2. Verfolgung der endosomalen Reifung mit SERS
  • 4.3. Zusammenhang zwischen den SERS-Daten und der Nanoaggregatquantifizierung
  • 4.4. Zusammenfassung
  • 5. Intrazelluläre Charakterisierung von magnetischen und plasmonischen Nanokompositstrukturen als Substrat für biologische Proben
  • 5.1. Charakterisierung und Anwendung von SERS-aktiven, magnetischen Kompositnanostrukturen
  • 5.2. SERS-Untersuchungen zur Ermittlung der Zusammensetzung der Proteinkorona von Kompositstrukturen
  • 5.3. Intrazelluläre Quantifizierung der Ag-Magnetit und Au-Magnetit Kompositstrukturen
  • 5.4. Röntgentomographie zur Bestimmung der Aggregatmorphologie und der intrazellulären Verteilung der Kompositnanostrukturen
  • 5.5. Zusammenfassung
  • 6. Modifizierte Gold-Nanopartikel zur Untersuchung des Zellkerns von Fibroblasten
  • 6.1. Charakterisierung der NLS-modifizierten Goldpartikel: Au@AV und Au@SV40
  • 6.2. Verteilung und Aggregatmorphologie NLS-modifizierter Nanopartikel in Fibroblasten durch Untersuchung der zellulären Ultrastruktur
  • 6.3. Quantitative Bestimmung der NLS-modifizierten Goldnanopartikel mit LA-ICP-MS
  • 6.4. SERS an NLS-modifizierten Goldnanopartikeln in lebenden Zellen
  • 6.5. Untersuchung der molekularen Zusammensetzung isolierter Zellkerne mit SERS
  • 6.6. Zusammenfassung
  • 7. Zusammenfassung und Ausblick
  • 8. Appendix
  • 8.1. Abkürzungsverzeichnis
  • 8.2. LA-ICP-MS Intensitätsverteilungen von 197Au+ in 3T3 Fibroblasten mit 0,1 nM Nanopartikelsuspension
  • 8.3. Stabilität der 14 nm Goldnanopartikel in unterschiedlichen Medien
  • 8.4. LA-ICP-MS-Zeilenscanes von 197Au+ in 3T3 Fibroblasten (pulse-chase und kontinuierliche Inkubation)
  • 8.5. Zuordungstabelle der SERS-Signale und ihre Auftrittswahrscheinlichkeit in %
  • 8.6. Verwendung verschiedener Schwellenwerte zur Bestimmung von Laserablatierten Messpunkten hoher Intensität
  • 8.7. Zuordnung der SERS- und Raman- Signale aus den Versuchen mit unmodifizierten Gold-, NLS-modifizierten Gold- sowie mit Ag-Magnetit- oder Au-Magnetit-Nanostrukturen
  • 8.8. Größenverteilung der Nanokompositaggregate Ag-Magnetit und Au-Magnetit in Fibroblastenzellen
  • Literaturverzeichnis
  • Abbildungsverzeichnis
  • Tabellenverzeichnis
  • Lebenslauf
  • Liste der Publikationen
  • Danksagung

Ähnliche Titel

    Mehr von diesem Autor