Chemical and Biomolecular Engineering

Paul Kenis Research

mikrokemiske systemer: Mikroreaktorer, Mikrobrændselsceller og Mikrofluidværktøjer

Kenis Research Group

i Kenis-forskningsgruppen udnytter vi evnen til udsøgt kontrol over transportfænomener på mikroskalaen til at studere grundlæggende fænomener (herunder proteinkemi, cellebiologi) og udvikle nye teknologier til en række anvendelser, herunder energikonvertering, kemisk syntese og grundlæggende biologiske undersøgelser. At udføre forskning inden for disse tværfaglige områder, vi har udviklet kerneekspertise inden for karakterisering af elektrokemiske systemer, mikrofabrikation, mikrofluidiske teknologier, samt analytisk og beregningsmodellering af transportfænomener, og analytiske og materialekarakteriseringsteknikker såsom forskellige typer spektroskopi og mikroskopi.

i øjeblikket forfølger gruppen forskningsprojekter inden for følgende områder:

1. Elektrokemiske systemer til omdannelse af kulsyre og brændselsceller
2. Mikrofluidiske platforme til krystallisering af proteiner og lægemidler
3. Mikrofluidiske platforme til undersøgelse af Inter-og intracellulære processer
4. Mikroreaktorer til kemisk syntese
5. Produktionsteknologier til mikrofluidik
6. Nye mikrofluidiske ‘ bio ‘ projekter

1. Elektrokemiske systemer til konvertering af kulsyre og brændselsceller

1a. elektrokemisk reduktion af CO2:

CO2-niveauerne i atmosfæren er steget støt, hvilket har ført til en negativ indvirkning på det globale klima. Flere strategier, såsom kulstofopsamling og sekvestrering, skift til renere brændstoffer, udvidelse af udnyttelsen af vedvarende energikilder og forøgelse af bygningers energieffektivitet, skal anvendes samtidigt for at bremse denne stigning. Elektrokemisk reduktion af CO2 til værditilvækstkemikalier eller deres mellemprodukter er en anden tilgang til at tackle denne udfordring. Denne proces kan drives af overskydende strøm fra intermitterende vedvarende kilder, hvilket giver et middel til at lagre overskydende intermitterende vedvarende energi, samtidig med at CO2 genanvendes som en energibærer. Ved at udnytte CO2 som udgangsmateriale til kemisk produktion reduceres samfundets afhængighed af fossile brændstoffer.

til den elektrokemiske reduktion af CO2 sigter vores gruppe på at forbedre produktselektiviteten, energisk effektivitet og konverteringsfrekvens gennem udvikling af nye katalysatorer, anvendelse af egnede elektrolytter og optimering af elektrodestrukturen og reaktordesignet. For eksempel reducerede vi cellen overpotentiel til mindre end 0.2 V ved anvendelse af en vandig opløsning indeholdende 1-ethyl-3-methylimidasoliumtetrafluoroborat (EMIM BF4), som formodentlig stabiliserer et reaktionsmellemprodukt (Rosen et al. Videnskab, 2011). Vi udviklede også sølvbaserede organometalliske katalysatorer, der udviser høj katalytisk aktivitet ved lav Ag-belastning (Thorson et al., J. Am. Chem. Soc., 2012). Som støttemateriale bruges TiO2 til at minimere Ag-partikelstørrelse og øge katalysatoraktiviteten, hvilket resulterer i en drastisk lavere Ag-belastning uden at ofre ydeevnen mod at reducere CO2 til CO (Ma et al., ChemSusChem, 2014). Også konstruktion af katalysatorlagstrukturen giver en tilgang til at maksimere katalysatorudnyttelsen og den samlede ydeevne. En automatiseret luftbørstet katalysatoraflejringsmetode førte til høj ydeevne ved CO2-reduktion med reduceret katalysatorbelastning, mens uønsket H2-udvikling blev undertrykt (Jhong et al., Adv. Energi Mater., 2013).

i øjeblikket fortsætter vi med at forfølge forskning mod bedre katalysatorer, elektroder og driftsbetingelser for elektrokemisk omdannelse af CO2 til kemikalier af interesse. Noget af dette arbejde er i samarbejde med andre: Nakashima, Lyth i Kyushu, Japan; og rig Masel på materialer.

1b. brændselsceller:

(2) mikrofluidiske platforme til krystallisering af proteiner eller lægemidler

krystallisering af proteiner og lægemidler kan hurtigt blive meget dyre på grund af de store mængder materiale, der er nødvendigt til screening for optimale krystallisationsbetingelser. På trods af tilgængeligheden af automatiserede robotkrystallisationsscreeningsinstrumenter, der kan udnytte dråber i nanoliterstørrelse, gør den store investering i kapital, der kræves, sådanne instrumenter kun praktiske til et par velfinansierede laboratorier eller krystallisationscentre. Vores mikrofluidiske platforme til protein og farmaceutisk krystallisation (i) muliggør screening med høj kapacitet og optimering af krystallisationsbetingelser, mens du bruger et par nanoliter pr. forsøg; (ii) er enkle at bruge, omkostningseffektivt alternativ til krystallisationsrobotter til det gennemsnitlige laboratorium; og iii) er forenelige med analyseteknikker ved passende materialevalg (f.eks. høj transmission af røntgen, UV og IR). At være Røntgengennemsigtig, vores chips kan monteres direkte i en røntgenstråle til dataindsamling uden om trinnet med manuel høst af krystallerne. Vores mikrofluidiske platforme muliggør studier af grundlæggende videnskab om krystallisering (krystalsåning, kimdannelse og vækstrater) samt anvendt videnskab (strukturanalyse, fast form screening) for både protein og farmaceutisk krystallisering.

2a. membranproteinkrystallisering:

membranproteiner (MPS) befinder sig i den cellulære membran og fungerer som mediatorer for signal -, energi-og materialetransduktion ind og ud af cellen. Ikke overraskende har fejlen i membranproteiner været forbundet med adskillige sygdomme (hurtig og Javitch, PNAS, 2007). Parlamentsmedlemmer er således almindelige lægemiddelmål. Forskellige analyser har vist, at parlamentsmedlemmer udgør næsten 30% af proteinerne kodet i genomerne af Escherichia coli, Saccharomyces cerevisaeog Homo sapiens (Seddon et al., BBA-Biomembraner, 2004). på trods af deres overvældende overvægt i cellen tegner MPs sig for mindre end 1% af proteinstrukturer deponeret i Proteindatabanken. Strukturbestemmelse af membranproteiner er blevet hæmmet af vanskeligheder med at opnå tilstrækkelige mængder af proteinerne på grund af lav overflod og deres iboende amfifilicitet og efterfølgende vanskeligheder med krystallisation. I vores gruppe har vi udviklet røntgentransparente mikrofluidiske platforme til in surfo og i meso MP krystallisering. Derudover inkluderer vores forskning røntgentransparente platforme, der muliggør undersøgelse af lipidiske kubiske fasediagrammer og mikroseed matrice screening, to kraftige, men typisk utilgængelige krystallisationsteknikker for membranproteiner. Det overordnede mål med vores forskning er at krystallisere store, velordnede (“diffraktionskvalitet”) krystaller til røntgenanalyse og strukturbelysning. Vi har krystalliseret flere mål og løst deres strukturer ved hjælp af data indsamlet udelukkende på chip nuværende indsats er fokuseret på krystallisering af respiratoriske membranproteiner i samarbejde med Prof. Robert Gennis, Institut for Biokemi.

2B. fast form screening af kandidatlægemidler:

i de tidlige stadier af lægemiddelopdagelse søger forskere efter faste former for aktive farmaceutiske ingredienser (API ‘ er), der har passende fysiske og kemiske egenskaber (dvs.opløselighed, biotilgængelighed, stabilitet), der senere kan bevæge sig gennem lægemiddeludviklingsrørledningen. Desværre er succes med at finde en krystallinsk fast form af en API med optimerede egenskaber ved hjælp af konventionelle screeningprocedurer (brøndplader) begrænset af en lille mængde API, der er tilgængelig i de tidlige stadier af lægemiddelopdagelse. For at løse dette problem har vi udviklet mikrofluidiske platforme til screening af farmaceutisk fast form med det formål at (i) reducere mængden af aktive farmaceutiske ingredienser (API ‘ er), der er nødvendige til screening af fast form, (ii) øge kompatibiliteten mellem screeningsplatform for fast form og analytiske instrumenter og (iii) bestemme, om en mikrofluid tilgang til screening af fast form muliggør belysning af nye faste former. Vi har valideret mikrofluidiske platforme baseret på free interface diffusion (Thorson et al., LOC, 2011) og kontrolleret fordampning (Goyal et al., LOC, 2013), der reducerer mængden af API, der er nødvendig pr.screeningstilstand i fast form med en størrelsesorden (fra 5 mg til 5 liter for hver tilstand) med sammenlignelige resultater til traditionelle fordampningsbaserede screeningseksperimenter i fast form. Reduktion i prøvemængde giver forskere mulighed for at udføre skærme i fast form tidligere i lægemiddelopdagelsesprocessen, når minimale mængder API er tilgængelige, og giver mulighed for mere omfattende skærm, der muliggør opdagelsen af nye faste former. Vi designede de mikrofluidiske platforme til at være optisk gennemsigtige, hvilket muliggør let identifikation af krystallinske faste stoffer og til at vise minimalt signal i Raman-spektroskopi og røntgendiffraktion, der muliggør identifikation af faste former på chip (Goyal et al., Crys. Vækst & Des., 2012). I øjeblikket, vi forfølger forskning i retning af at løse krystalstrukturer af ukendte cocrystals ved at bruge vores mikrofluidiske platform til at dyrke krystaller af diffraktionskvalitet. Dette arbejde er i samarbejde med AbbVie.

(3) mikrofluidiske platforme til cellestudier

mikrofluidiske platforme giver flere egenskaber, der bedre Letter studiet af cellulære og intercellulære processer sammenlignet med traditionelle petriskål-eller brøndpladebaserede teknikker. Eksempler inkluderer evnen til at studere enkeltceller i stærkt kontrollerede miljøer, overlegen kontrol over det cellulære mikromiljø i rum og tid og praktisk integration med forskellige typer mikroskopi. I vores gruppe udvikler vi mikrofluidiske platforme til følgende applikationer:

3a. Antibiotisk følsomhedstest:

effektiv behandling af kliniske infektioner er kritisk afhængig af evnen til hurtigt at screene patientprøver for at identificere følsomheden af de inficerende patogener over for antibiotika. Eksisterende metoder til antibiotisk følsomhedstest (AST) lider af flere problemer, herunder lange ekspeditionstider (dage), overskydende prøve-og reagensforbrug, dårlig detektionsfølsomhed og begrænsede kombinatoriske evner. Disse faktorer udelukker rettidig administration af passende antibiotika, komplicerer håndtering af infektioner og forværrer udviklingen af antibiotikaresistens.

for at løse disse problemer udvikler vi mikrofluidiske platforme til AST, der giver flere fordele sammenlignet med konventionelle metoder, herunder højere detektionsfølsomhed, hurtige resultater (<6 timer), reduceret forbrug af reagenser og mere kvantitative resultater. For eksempel i samarbejde med Prof. Schroeder vi har brugt vores mikrofluidiske platforme til at studere følsomheden af forskellige patogene bakterier, såsom E. coli, P. aeruginosa og K. pneumoniae, mod forskellige antibiotika (Mohan et al. Biosens. & Bioelect., 2013). Vi har også brugt platformen til at undersøge interaktionen mellem forskellige bakteriearter (polymikrobielle kulturer) og effekten af disse interaktioner på antibiotikas modtagelighed. I øjeblikket anvender vi den mikrofluidiske platform i forbindelse med anvendelse af de resulterende eksperimentelle data til farmakokinetisk – farmakodynamisk (PK/PD) modellering for at give bedre information mod den bedste måde at behandle en given infektion på.

3b. undersøgelse af celler under kontrollerede iltforhold:

når tumorer vokser udad væk fra den lokale vaskulære arkitektur dannelse af variabel hypoksisk (subfysiologisk iltning af væv) regioner forekommer i hele den faste masse. Disse hypoksiske regioner har været forbundet med terapeutisk resistens, metabolisk omprogrammering og epitel-mesenkymal overgang. Der er stadig mange spørgsmål vedrørende virkningerne af hypoksi på disse resultater, men kun få metoder muliggør både præcis kontrol over iltkoncentration og billeddannelse i realtid af celleadfærd. Mikrofluidiske platforme er særligt velegnede til at kontrollere iltkoncentrationen, samtidig med at de muliggør billeddannelse i realtid på grund af deres kontrol over tidsmæssige og rumlige kemiske forhold. Ud over kontrol over det lokale mikromiljø giver den reducerede længdeskala i mikrofluidiske platforme sammenlignet med konventionelle metoder kortere ækvilibreringstider. Ved hjælp af fordelene ved mikrofluidiske platforme har vi udviklet en arrayed enhed, der er i stand til at kontrollere iltkoncentrationen fra 0,5% til 21%. I samarbejde med professor Gaskins (Department of Animal Sciences) bruger vi disse platforme til at studere realtidsændringer af organellært redokspotentiale i kræftceller under hypoksi.

(4) kemisk syntese i mikroreaktorer

Mikroreaktorer giver flere fordele for undersøgelsen og den faktiske udførelse af kemisk syntese sammenlignet med traditionelle ‘vådlaboratorier’ tilgange. For eksempel giver mindre, præcist konstruerede platforme forbedret varme-og masseoverførsel, reduceret forbrug af reagenser og er mere modtagelige for automatisering. I vores gruppe udvikler vi mikroreaktorer til følgende anvendelser:

4a. syntese af radioaktive lægemidler:

radioaktive lægemidler er en klasse af lægemidler, der anvendes til diagnose og behandling af flere sygdomme og lidelser, herunder visse typer kræft og hjertesygdomme. Mængderne af forstadierne til syntesen af disse lægemidler er typisk små (nogle få mikroliter) på grund af begrænset tilgængelighed, høje omkostninger og øvre grænser for mængden af radioaktivitet, der kan håndteres sikkert. Manglende evne til de konventionelle ‘vådlaboratorier’ metoder til effektivt at manipulere lave reagensvolumener fører ikke kun til syntese af lægemidler af lav kvalitet til kliniske anvendelser, men hæmmer også udviklingen af nye lægemidler. Vi forsøger at løse disse problemer ved at udvikle mikrofluidiske teknologier eller bedre mikroreaktorer til syntese af disse radioaktive lægemidler. Ved at integrere forskellige mikrofluidiske moduler forestiller vi os, at disse forbindelser kan fremstilles meget mere pålideligt og ved højere udbytte.

vi har vist, at mikrofluidteknologierne giver flere fordele for hvert trin sammenlignet med konventionelle metoder, herunder forbedrede reaktionsudbytter, reduceret forbrug af reagenser og anvendelighed til automatisering (Goyal et al., Sens. & Handling. B, 2014; Hairong et al., LOC, 2014; Hairong et al., Biokonj. Chem., 2014; Jens et al., Nuc. Middelhavs. & Bio., 2013; et al., LOC, 2010). I øjeblikket optimerer vi mikroreaktorerne yderligere og udvikler et integreret system til klinisk og forskningsbrug. Dette projekt er i samarbejde med Prof. David Reicherts forskningsgruppe ved Institut for radiologisk kemi ved St. Louis.

4b. Mikroreaktorer til kvantepunktssyntese:

fluorescerende halvledernanopartikler viser løfte i solid state-belysning og displayteknologi på grund af signifikant højere fotoluminescens og bedre spektraladfærd end konventionel fosforteknologi. Disse nanopartikler har også potentielle anvendelser inden for medicinsk billeddannelse og kvanteberegning. Høje produktionsomkostninger delvis på grund af mangel på pålidelige metoder til produktion af høj kvalitet, monodisperse nanopartikler hæmmer i øjeblikket i høj grad deres udbredte anvendelse. Konventionelle batchsyntesemetoder lider især af batch-til-batch variation af nanomaterialekvalitet. Batch synteser, på grund af langsom varme og masseoverførsel mangler evnen til præcist at styre på størrelse, morfologi og sammensætning af nanopartikler. Kontinuerlige strømningsreaktorer giver potentiel løsning på disse problemer. Indsatsen i Kenis group er fokuseret på udvikling af kontinuerlige reaktorer med høj kapacitet, der giver hurtige blandings-og opvarmningstider ved høje temperaturer for at syntetisere halvledernanopartikler af høj kvalitet med varierende sammensætning og morfologi. For eksempel syntetiserede vi med succes nanoroder ved hjælp af en af vores kontinuerlige strømningsreaktorer (se figur). Vi studerer både Cd-indeholdende og Cd-fri systemer og når kvanteudbytter så højt som 60%, hvilket kan sammenlignes med kommercielle produkter.

(5) produktionsteknologier til mikrofluidik

i vores forskningsgruppe udforsker vi forskellige produktionsteknologier for at fremme udviklingen af mikrofluidiske enheder. Fokus på dette område er at lette integrationen af mikrofluidik med slutapplikationer. I øjeblikket forfølger vi forskning i to retninger:

5a. mikrofluidiske komponenter for at forbedre bærbarheden og skaleringen af enheder:

fremkomsten af meget storskala integration (VLSI) mikrofluidik har gjort det muligt at udføre applikationer med flere trin og høj kapacitet med massivt parallelle operationer på en enkelt chip. Nøglen til disse fremskridt var udviklingen af pneumatiske mikroventiler, som er fremstillet med soft-litografiske teknikker. På trods af vellykket integration af sådanne pneumatiske mikroventiler i mikrofluidchips til forskellige applikationer kræver disse mikroventiler omfangsrige tilbehør, som begrænser skalerbarheden og bærbarheden af disse mikrofluidchips. Vi behandler disse spørgsmål på to måder:

brug af en normalt tæt (NC) ventilarkitektur ventilarkitektur: enheder, der anvender konventionelle normalt åbne (NO) ventiler, har begrænset bærbarhed i applikationer, der kræver kontinuerlig lukket tilstand til drift, da disse ventiler har brug for omfangsrige tilbehør (pumper, nitrogengasflasker, pneumatiske perifere enheder) til aktivering. NC-ventiler adresserer ikke kun ovennævnte begrænsning af begrænset bærbarhed, men bevarer også den lette fremstilling og integration i mikrofluidiske enheder. For at muliggøre integration af NC-ventiler brugte vi en kombination af analytisk og beregningsmodellering og systematiske eksperimenter til at formulere designregler til udvikling af optimale NC-ventiler med det formål at minimere aktiveringstryk og lette fremstilling af disse ventiler (Mohan et al., Sens. & Handling. B, 2011). Figuren viser det aktiveringstryk, der er nødvendigt som en funktion af væskekanalens bredde for forskellige mikrovalveformer (lige, v-formet ogdiagonal). Vi har brugt disse ventiler til en række applikationer, såsom protein–antistofinteraktioner virusdetektion, proteinkrystallisation, screening i fast form og udforskning af andre applikationer (Schudel et al., LOC, 2011; Thorson et al., CrystEngComm, 2012; Guha et al., Sens, & Handling. B, 2012; Mohan et al., Biosens. & Bioelect., 2013; Tice et al., JMEMS, 2013).

anvendelse af elektrostatiske mikroventiler til at erstatte eller supplere pneumatiske mikroventiler: Vores mikroventiler baseret på elektrostatisk aktivering bevarer det lille fodaftryk (1) for membrantykkelser på 5 liter. Designparameterrummet estimeres for tilstedeværelsen af luft (mørkere), olie (udklækket) eller vand (lettere) i den fluidiske kanal. En anden interessant applikation, som vi udforsker, er brugen af elektrostatiske mikroventiler til at kontrollere pneumatiske mikroventiler. Denne kombination af pneumatiske og elektrostatiske mikroventiler vil i høj grad forenkle tilbehør og hjælpe med at realisere målet om ‘lab-in-a-chip’ snarere end ‘chip-in-a-lab’.

5b. Nye materialer og fremstillingsprocesser:

Poly (dimethylsiloksan) eller PDMS har været det foretrukne materiale til fremstilling af mikrofluidiske enheder, hovedsageligt fordi brugen af PDMS muliggør enkel, hurtig og billig fremstilling af enheder med varierende grad af kompleksitet. PDMS lider imidlertid af flere begrænsninger, hvoraf en vigtig er uforenelighed med en lang række organiske opløsningsmidler og analytiske teknikker. I vores forskningsgruppe undersøger vi en række polymere materialer som et alternativ til PDM ‘ er til fremstilling af mikrofluidiske enheder; nogle af disse materialer er thiolen, cyklisk-olefin copolymer og Teflon. Vi brugte disse materialer til at udvikle mikrofluidiske enheder, der er kompatible med en række organiske opløsningsmidler og analytiske teknikker, såsom røntgen og Raman. Vi viser også, at hybride enheder, der kombinerer fordelene ved forskellige materialer, er overlegne alternativer til enheder, der omfatter et eller to materialer.

(6) nye mikrofluidiske ‘ bio ‘ projekter

6a. mikrofluidiske platforme til tidsopløst FTIR-spektroskopi:

vores overordnede mål er at udvikle en innovativ mikrofluidteknologi til tidsopløst Fourier-transform infrarød (FT-IR) spektroskopi af biomolekylære reaktioner eller interaktioner. Proteinfoldning, katalyse og protein-ligand interaktioner er afgørende for at opretholde sunde celler og væv. Roden til mange kroniske eller genetiske sygdomme kan spores tilbage til funktionsfejl i sådanne reaktioner i proteiner – f.eks.

undersøgelser for at afsløre reaktionsmekanismer på molekylært og intermolekylært niveau er afgørende for at udvikle nye terapeutiske midler fra rationelt lægemiddeldesign såvel som til deres test – f.eks. kan beta-amyloidfoldningsveje afsløre mål, hvorpå kandidatlægemidler mod plakdannelse kan testes og optimeres. Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopi giver flere fordele sammenlignet med andre spektroskopiteknikker, herunder ikke-krav til ydre mærkning, enkel prøveforberedelse og nem erhvervelse af en række oplysninger (molekylære detaljer med høj opløsning til protein-proteininteraktioner med lav opløsning).

imidlertid har flere begrænsninger med nuværende FTIR-strømningsceller, herunder lav tidsopløsning, omkostninger og krav til store prøvevolumener, forhindret den udbredte anvendelse af FTIR. Vi løser disse problemer ved at udvikle mikrofluidiske FITR-strømningsceller ud af billige, IR-gennemsigtige materialer. Foreløbige resultater med allestedsnærværende har valideret vores tilgang, og vi optimerer strømningscellen til at udføre eksperimenter med klinisk relevante proteiner. Dette projekt er i samarbejde med professor Rohit Bhargava i Institut for Bioengineering.

6b. mikrofluidiske teknologier til forbedring af øtransplantationsprocessen:

Diabetes er en ødelæggende sygdom, der rammer 25,8 millioner amerikanere (8% af befolkningen). Human holmetransplantation er en lovende terapi for type i diabetes mellitus (TIDM). Denne procedure er imidlertid ikke særlig reproducerbar og konsistent. For at forbedre resultaterne af holmetransplantation skal flere kliniske, biologiske og tekniske problemer løses. I vores forskningsgruppe, vi udvikler mikrofluidiske teknologier til at løse nogle af disse problemer, herunder vedligeholdelse af optimale forhold under isolering af holme fra donorpancreas, automatisering af holmeisolerings-og separationsprocessen, og bevarelse af Holme levedygtighed og funktionalitet under transplantationsprocessen. Dette projekt er i samarbejde med Professor Jose Oberholser ‘ s forskningsgruppe i afdelingen for transplantationskirurgi ved University of Illinois i Chicago.

6c. mikrofluid platform til fryse-slukke EPR undersøgelser:

de fleste af de interessante fænomener i mange biokemiske reaktioner forekommer i løbet af de første par millisekunder af reaktionerne, f.eks. ATP-syntese medieret af cytochrom bc1-komplekset. Strukturelle og funktionelle undersøgelser af disse mellemprodukter i det tidlige stadium vil ikke kun belyse mekanismen for disse reaktioner, men vil også muliggøre rationel design af lægemidler til behandling af sygdomme og lidelser forbundet med funktionsfejl i disse reaktioner. Fryseslukningselektronparamagnetisk resonans (EPR) er en kraftfuld teknik til at studere disse reaktioner, hvor mellemprodukterne fra disse reaktioner hurtigt fryses for at forhindre yderligere reaktioner og senere analyseres ved hjælp af EPR. Begrænsningerne af det nuværende apparat til frysesluknings-EPR, hovedsageligt den langsomme blanding af reagenser, har imidlertid forhindret anvendelsen af denne teknik til at studere ultrahurtige biokemiske reaktioner. I vores forskningsgruppe udvikler vi en mikrofluidanordning til hurtig blanding af reagenser (~20 liter) og efterfølgende udstødning af de blandede reagenser i form af en ultratynd stråle på en frosset kobberhjulopsætning. Vi har valideret denne tilgang med en model biokemisk reaktion og undersøger anvendelsen af klinisk relevante biokemiske reaktioner. Dette projekt er i samarbejde med professor Tony Crofts fra Institut for Biokemi.

6d. bestemmelse af lægemiddelmålinteraktioner:

hele biologien og i forlængelse heraf hele farmakologien afhænger af interaktionen mellem proteiner og andre molekyler. Elektronparamagnetisk resonans (EPR) kombineret med Spinmærkning (SLEPR) kan bruges til at detektere sådanne interaktioner i realtid, in vitro eller in vivo og til at spore forholdet mellem bundet til ubundne proteiner med minimal forstyrrelse af biologien. Dette gør det til et ideelt værktøj til direkte at undersøge virkningerne af farmaceutiske midler på deres biologiske mål og på relaterede biokemiske systemer, hvilket forbedrer nøjagtigheden af forudsigelser om tidlig fase af lægemiddelkandidaters effektivitet og toksicitet. Imidlertid har de nuværende vådlaboratoriemetoder til fremstilling af de små prøver, der kræves af EPR-spektrometre, en tendens til at være spild, upræcis og langsom (tager 24 timer eller mere). I vores gruppe udvikler vi enheder til hurtig og præcis mærkning af proteiner, drage fuld fordel af den kombinatoriske karakter af mikrofluidiske chips til at skabe en række prøver i flere koncentrationer eller med en række partnere, og inkorporerer on-chip cellekultur, når det er nødvendigt. Dette projekt er i samarbejde med nye Liberty Proteomics.