Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam hebben een nieuwe methode ontwikkeld om met infraroodspectroscopie gelijktijdig moleculaire structuur en grootte te kunnen bepalen. In een artikel in het gerenommeerde chemietijdschrift Angewandte Chemie voorzien ze toepassingen op gebieden als eiwiten polymeeronderzoek en de analyse van geneesmiddelen en biologische monsters. Ze zijn bezig een praktisch apparaat te ontwikkelen waarin het IR-DOSY-concept wordt toegepast.
Infraroodspectroscopie (IR) is een belangrijke methode voor de analyse van chemische verbindingen. Het helpt moleculen te identificeren op basis van karakteristieke molecuulgroepen, maar is over het algemeen niet gevoelig voor de grootte van de moleculen. De Amsterdamse onderzoekers brengen daar nu verandering in met het principe van ’diffusiegeordende spectroscopie’. Hierbij worden de in een monster aanwezige moleculen voorafgaand aan de spectrale analyse gescheiden op basis van hun diffusiegedrag. IR-DOSY berust op het feit dat de diffusiesnelheid van een molecuul volledig wordt bepaald door de grootte - hoe groter het molecuul, hoe langzamer de diffusie - zoals voor het eerst vastgesteld door Albert Einstein in zijn klassieke paper uit 1905 over de brownse beweging van microscopische deeltjes.
Eiwitten, polymeren en nanodeeltjes
In hun paper in Angewandte Chemie noemen de onderzoekers aan aantal mogelijke toepassingen, zoals de analyse van mengsel van eiwitten. IR-DOSY maakt het mogelijk verschillende eiwitcomponenten die naast elkaar in een monster voorkomen, gelijktijdig te onderzoeken.
Een andere toepassing ligt in polymeren en plastic nanodeeltjes, waarbij monsters doorgaans veel verschillende moleculen van allerlei afmetingen bevatten. IR-DOSY zou ook kleine moleculen in farmaceutische producten kunnen detecteren, of kleine moleculen in bloedserum.
Een praktisch instrument
IR-DOSY is het resultaat van een samenwerking tussen het Institute of Physics (IOP) en het Van ’t Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS). Bij HIMS zijn Sander Woutersen , dr. Giulia Giubertoni en dr. Saer Samanipour nu bezig de methode verder te ontwikkelen tot een praktisch instrument dat in elk laboratorium is te gebruiken voor analytische of diagnostische toepassingen. Hiervoor kregen ze onlangs een ’Demonstrator Grant’ van 160.000 euro van onderzoeksfinancier NWO. Dit gebeurt in samenwerking met het Technologie Centrum van de universiteit, technologie transferbureau en Demonstrator Lab Science Park.
Lees ook het meer uitgebreide Engelse nieuwsbericht.
De IR-DOSY-spectrometer combineert twee vloeistofstromen, de een van het te onderzoeken mengsel in een oplosmiddel (M), de ander van het zuivere oplosmiddel (S). Ze stromen boven elkaar in een monsterkamer, waarna de stroming wordt gestopt. Vervolgens beginnen de moleculen van de opgeloste stof te diffunderen naar het gebied van het zuivere oplosmiddel, waarop de infraroodbundel is gericht (groen omrande gebied, rechter plaatje). Als gevolg van de diffusie komen de diffunderende moleculen na verloop van tijd in de IR-bundel terecht, waar hun spectrum wordt geregistreerd. Vanwege de verschillen in diffusiesnelheid registreert IR-DOSY de afzonderlijke IR-spectra op verschillende tijdstippen, afhankelijk van de grootte van de moleculen. Het resultaat is een tweedimensionaal spectrum met de IR-frequentie langs de ene as en de diffusieconstante (en dus de grootte) langs de andere as (zie eerste figuur).
