Mehrdimensionale Trenntechniken

Im Fokus unserer Arbeitsgruppe steht die Entwicklung mehrdimensionaler elektromigrativer Trennungen. Ziel ist es, eine modulare analytische Plattform zu etablieren, die auf elektromigrativen Trenntechniken einerseits und einer Vielzahl von Detektionsverfahren andererseits basiert. Durch die modulare Bauweise dieser Plattform kann die Instrumentierung der jeweiligen analytischen Fragestellung angepasst werden. Die Möglichkeiten und Grenzen dieser instrumentellen Neuentwicklungen werden in der Arbeitsgruppe ausführlich analytisch untersucht und validiert, um ihr Einsatzpotential zu beurteilen und sie damit einem breiten Anwendungsfeld zugänglich zu machen. Dies beinhaltet auch Grundlagenforschung zu den jeweiligen Trennmechanismen, sowie das Verständnis des Überganges zwischen zwei Trenndimensionen.

Wir nutzen hierzu einen hybriden Aufbau, bei dem klassische Kapillaren über mikrofluidische Chips als Interfaces gekoppelt werden. Design und Optimierung dieser Schnittstellen sind ein Schwerpunkt der momentanen Arbeiten. Ziel ist auch bei den mehrdimensionalen Trennungen, die Kopplung zum Massenspektrometer zu erreichen, um den heutigen komplexen Fragestellungen aus den Bereichen Umwelt- und Bioanalytik, Diagnostik und Pharmazie gerecht zu werden. Dies verlangt neue Wege der Steuerung über elektrische Felder mit einem entsprechenden Hochspannungsregime sowie der Kontrolle der elektrischen Potentiale an den Schnittstellen.

Wir arbeiten intensiv an der Entwicklung von on-chip Detektionsverfahren (hauptsächlich Leitfähigkeits- und Fluoreszenzdetektion), um die Trennung im Interface monitoren und das Umschalten zwischen Trennkanälen zeitlich optimieren zu können.

Die ersten erfolgreichen mehrdimensionalen Trennungen haben wir mit der Kopplung der Isotachophorese – Kapillarelektrophorese erreicht, dies am Beispiel von Peptiden und Aminosäuren. Hierbei dient die Isotachophorese der Aufkonzentrierung und Matrixabtrennung, in der zweiten Dimension können die Analyte dann mit der Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie mit hoher Trennschärfe und sehr guten Nachweisgrenzen charakterisiert werden.

Ein zweites Anwendungsbeispiel ist die Entwicklung der Kopplung der isoelektrischen Fokussierung mit Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie. Biotechnologisch hergestellte rekombinante Proteine werden in der ersten Dimension der Trennung nach ihrem pI-Wert fokussiert und aufkonzentriert. Eine direkte Kopplung an die Massenspektrometrie ist aufgrund der für den pH-Gradienten eingesetzten Ampholyte nicht möglich (starke Ionensuppression). Erst die zweite Dimension ermöglicht es, die störenden Ampholyte abzutrennen und Signale über die Massenspektrometrie zu identifizieren.

Kooperationen:

• Peter Zipfl, Optoelektronik, Hochschule Aalen, Aalen
• Daniel Lutz, CalvaSens, Aalen
• Pablo Kler, Centro de Investigación de Métodos Computacionales (CIMEC), Universidad Nacional del Litoral (UNL), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Santa Fe, Argentina
• Marián Masár, Milan Hutta, Department of Analytical Chemistry, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Bratislava, Slowakei

Publikationen:

1. On-chip intermediate potential measurements for the control of electromigration in multi-channel networks in case of time-dependent potential changes

   D. Sydes, P.A. Kler, P. Zipfl, D. Lutz, H. Bouwes, C. Huhn, Sens. Actuat. B: Chem. 2017, 240, 330-337

2. On-chip intermediate LED-IF-based detection for the control of electromigration in multichannel networks

   D. Sydes, P. A. Kler, H. Meyer, P. Zipfl, D. Lutz, C. Huhn, Anal. Bioanal. Chem. 2016, 408, 8713-8725

3. Zero-dead-volume interfaces for two-dimensional electrophoretic separations
   D. Sydes, P. A. Kler M. Hermans, C. Huhn, Electrophoresis 2016, 37, 3020-3024

4. Column–coupling strategies for multidimensional electrophoretic separation techniques
   P. A. Kler, D. Sydes, C. Huhn, Anal. Bioanal. Chem. 2014, DOI 10.1007/s00216-014-8099-7
5. Non-aqueous electrolytes for isotachophoresis of weak bases and its application to the comprehensive preconcentration of the 20 proteinogenic amino acids in column-coupling ITP/CE-MS
   P. A. Kler, C. Huhn, Anal. Bioanal. Chem. 2014, 28, 7163-7174
6. Column coupling isotachophoresis/capillary electrophoresis with mass spectrometric detection: characterization and optimization of microfluidic interfaces
   P. A. Kler, T. N. Posch, M. Pattky, R. M. Tiggelaar, C. Huhn, J. Chromatogr. A 2013, 1297, 204-212