URL: http://www.uni-jena.de/Forschungsmeldungen/PM151217_Zuckernachweis.pdf

Süß, spezifisch, sensitiv

Chemiker entwickeln neuartiges Nachweissystem zur Analytik vonZuckern

Foto: Jan-Peter Kasper

Prof. Dr. Alexander Schiller schaut durch das Modell eines Zuckermoleküls. Der Chemiker hat mitseinem Team eine neue Nachweismethode zur Unterscheidung von unterschiedlichen Zuckernund verwandter chemischer Verbindungen entwickelt.

Zweidimensionale Barcodes - kleine Quadrate mit zahlreichen schwarzen und weißen Punkten -sind heute fast überall zu finden: auf Tickets für Fernbus, Bahn oder Flugzeug, als QR-Codes aufVerpackungen, in Zeitschriften oder auf Werbeplakaten. Mit dem passenden Lesegerät, einemScanner oder dem Smartphone, lassen sich die darin gespeicherten Informationen blitzschnell

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abrufen.

Noch weniger komplex, doch bereits ebenso spezifisch, sind die Informationen der Barcodes, dieChemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena derzeit entwickeln. Sie geben Aufschlüsse überdie Zusammensetzung von Zuckerlösungen. Einem Team um Juniorprofessor Dr. AlexanderSchiller ist es gelungen, die - bislang aufwendige - Analytik von Zuckermolekülen wesentlich zuvereinfachen. Ihr neuartiges Nachweissystem stellen die Jenaer Forscher in der aktuellen Ausgabedes hochrangigen "Journal of the American Chemical Society" (JACS) vor (DOI:10.1021/jacs.5b10934).

Grundlage des Nachweissystems sind chemische Zuckersensoren. "Wir nutzenBoronsäure-Verbindungen als Sensormoleküle", erläutert der Chemiker und Heisenberg-Stipendiatder Deutschen Forschungsgemeinschaft Schiller. Diese verbinden sich mit den Zuckermolekülen inder wässrigen Lösung. Dass sich Boronsäure zum Zuckernachweis eignet, ist den Chemikernbereits seit längerem bekannt. Knifflig war bislang, die gebundenen Zuckermoleküle eindeutig zuidentifizieren, "da im Prinzip jeder Zucker mit den Sensoren interagieren kann", so Schiller. Daherhaben die Jenaer Chemiker die Boronsäure-Sensormoleküle an Fluor-Atome gekoppelt. Mit Hilfeder sogenannten 19F-NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanzspektroskopie) können sie nun nichtnur die Bindung der Sensoren an die Zucker direkt "beobachten". "Mit der NMR-Technik könnenwir auch eine Vielzahl unterschiedlicher Zuckermoleküle und verwandter chemischer Verbindungendeutlich voneinander unterscheiden", unterstreicht der Jenaer Chemiker.

Chemischer Fingerabdruck als 2D-Barcode

Da jedes Zuckermolekül sein eigenes, ganz spezifisches Spektrum aufweist, nutzen dieWissenschaftler die spektroskopischen Signale mehrerer Sensormoleküle, um für jeden Zuckereine Art "Fingerabdruck" in Form eines zweidimensionalen Punktmusters zu erstellen. "Die roten,grünen und blauen kleinen Quadrate geben eindeutig Aufschluss über Art und Menge desnachgewiesenen Zuckers und sind auf einen Blick zu erfassen", macht Schiller die Vorteile seinesVerfahrens deutlich.

Diese Methode sei momentan vor allem im Forscheralltag nützlich, beispielsweise um mehrereZucker in Urinproben nebeneinander nachzuweisen. "Generell lässt sich dieses Prinzip derDatenreduzierung aber auch auf andere zu analysierende Substanzen und auf signalgebendeVerfahren wie Schwingungs- und UV/VIS-Spektroskopie übertragen", ist sich Prof. Schiller sicher.Dies eröffne ein weites Feld künftiger Anwendungen.

Original-Publikation:Axthelm J et al. Fluorinated Boronic Acid-Appended Bipyridinium Salts for Diol Recognition andDiscrimination via 19F NMR Barcodes, J. Am. Chem. Soc., 2015, DOI: 10.1021/jacs.5b10934

Kontakt:Jun.-Prof. Dr. Alexander SchillerInstitut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität JenaHumboldtstraße 8, 07743 JenaTel.: 03641 / 948113E-Mail: alexander.schiller@uni-jena.de

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