1. Super Resolution Mikroskopie mit DNA-PAINT auf DNA Origami Strukturen
Bilden wir das Fluoreszenzsignal eines Farbstoffmoleküls ab, so sehen wir nicht das Molekül welches ein bis zwei Nanometer groß ist, sondern das Beugungsbild mit einem Durchmesser von ca. 300 nm. Somit können kleinere Strukturen die mit den fluoreszierenden Molekülen markiert ist nicht mehr aufgelöst werden. Die Idee, Moleküle zu „schalten“ und nacheinander zu lokalisieren, wurde 2014 mit dem Chemie Nobelpreis ausgezeichnet. Wir nutzen DNA PAINT (DNA Points Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography) mit transientem Binden von Farbstoffmolekülen um die Struktur oder Anordnung von DNA Nanostrukturen sichtbar zu machen.
In dem Forschungspraktikum kann es darum gehen eben diese DNA Nanostrukturen mit DNA PAINT abzubilden oder sogar die Technik in Zellen anzuwenden.
Literatur:
Single-Molecule Kinetics and Super-Resolution Microscopy by Fluorescence Imaging of Transient Binding on DNA Origami Journal Article
In: Nano Letters, vol. 10, no. 11, pp. 4756–4761, 2010.
2. Untersuchung von dynamischen DNA Systemen
Die Stabilität eines DNA Duplex ist durch seine Sequenz und der Anzahl an komplementären Basenpaaren gegeben. G paart immer mit C und A mit T. Wir können daher die Duplexstabilität von Mikrosekunden bis zu Jahrtausenden designen. Damit können wir Systeme bauen, welche in einem Gleichgewicht stehen, welches sehr dynamisch ist. Nach dem Massenwirkungsgesetz reagieren diese Systeme empfindlich auf äußere Störungen und somit sollte es möglich sein, das Gleichgewicht zu einer Seite zu verschieben. Diese Verschiebung lässt sich beispielsweise über ein Fluoreszenz-Quencher-Paar auslesen.
In dem Forschungspraktikum sollen solche Strukturen hergestellt und charakterisiert werden. Die Charakterisierung kann auf Einzelmolekülexperimenten oder in Ensembleexperimenten stattfinden. Die Funktion und die Ausbeute der funktionierenden Strukturen steht dabei im Fokus.
Literatur:
Graphene Energy Transfer for Single-Molecule Biophysics, Biosensing, and Super-Resolution Microscopy Journal Article
In: Advanced Materials, vol. 33, no. 24, pp. 2101099, 2021.
Siehe System aus Abbildung 2a-c und Abbildung 4.
3. Photostabilisierung von organischen Farbstoffen in Einzelmolekülexperimenten
Fluoreszenzsignale sind sehr spezifisch und werden daher in den Lebenswissenschaften genutzt, um beispielsweise einzelne Zellbestandteile zu markieren. Für langzeitige Beobachtungen ist vor allem das Photobleichen limitierend. Die Farbstoffe könne bei elektronischer Anregung reaktive Sauerstoffspezies erzeugen. Diese können wiederum die Farbstoffe oxidieren und dadurch verlieren sie ihre Eigenschaft zu fluoreszieren. Daher wurden Puffer entwickelt, welche die Farbstoffe stabilisieren und längere Experimente mit fluoreszierenden Farbstoffen ermöglichen.
Im Forschungspraktikum soll mit neuen Stabilisierungsreagenzien der Grad der Photostabilisierung und den Einfluss auf die Photophysik für verschiedene organische Farbstoffe auf Einzelmolekülebene untersucht werden.
Literatur:
On the Mechanism of Trolox as Antiblinking and Antibleaching Reagent Journal Article
In: Journal of the American Chemical Society, vol. 131, no. 14, pp. 5018–5019, 2009.
A Reducing and Oxidizing System Minimizes Photobleaching and Blinking of Fluorescent Dyes Journal Article
In: Angewandte Chemie International Edition, vol. 47, no. 29, pp. 5465–5469, 2008.