Dissertation

Entwicklung von Methoden zur Identifikation von Nanomaterialien in Biologischen Proben am Beispiel Aluminium

Rosenkranz, Daniel

2024

Overview

In dieser Arbeit wurden Strategien für den Nachweis von Aluminium-Nanopartikeln (AlNP) in biologisch relevanten Matrices mittels induktiv gekoppelte Plasma Massenspektrometrie (ICP-MS) entwickelt. Da nicht für jeden Analyten geeignete Referenznanopartikel verfügbar sind, wurde eine Quantifizierungsstrategie basierend auf der Analytempfindlichkeit eines dualen Eintragssystems (Mikrotropfengenerator und konventioneller Zerstäuber mit Sprühkammer) entwickelt, um die Transporteffizienz materialspezifisch und unabhängig von der Verwendung von ReferenzNanopartikeln bestimmen zu können. Aufgrund der hohen Flexibilität des entwickelten Injektionssystems konnten Gold-, Silber- und Cerdioxid-Nanopartikel mit bis zu drei zusätzlichen Quantifizierungsstrategien in einem Analysenlauf charakterisiert werden. Später wurde dieser Ansatz erfolgreich auf die Bestimmung des Aluminium- und Eisengehaltes in Einzelzellen angewendet. Neben der Bestimmung der materialspezifischen Transporteffizienz wurde auch die Größenabhängigkeit der Transporteffizienz untersucht, denn die verwendeten AlNP hatten eine Größe von 18 nm und waren damit deutlich kleiner als die in der DIN/ISO TS 19590:2019 empfohlenen Referenznanopartikel. Zu diesem Zweck wurde das theoretische Konzept der nanopartikelspezifischen Poisson-Statistik zur Vorhersage der Anzahl der Partikelereignisse an eine Trenntechnik und einen im dualen Eintragssystem verwendeten Mikrotropfengenerator angepasst, welches zusätzlich die Qualitätskriterien der DIN/ISO TS 19590:2019 für Einzelpartikel-ICP-MS-Messungen beinhaltet. Durch Hinzufügen der verwendeten instrumentellen und experimentellen Einstellungen zur Poisson-Statistik kann so die Anfangskonzentration der zu messenden Partikellösung für monodisperse Partikel berechnet und die erwartete Unsicherheit der Partikelanzahlkonzentration vorhergesagt werden.m zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein experimenteller Versuchsplan (DoE, engl. Design of Experiment) verwendet, um die optimale Ionisierung von Aluminium in Matrices mit zunehmender Komplexität im Plasma sowie die Abtrennung von polyatomaren Interferenzen in der Kollisionszelle zu untersuchen. Dazu wurde die standardisierte Auswertung eines DoE an das theoretische Konzept der Ionisation des Analyten im Plasma und der Reduktion polyatomarer Interferenzen in der Kollisionszelle eines ICP-MSGerätes angepasst. Mit Hilfe einer Simulation der kinetischen Energiediskriminierung konnten die experimentell ermittelten Werte für die kinetische Energie von Aluminium im Massenspektrometer bestätigt werden. Die DoE-Ergebnisse lieferten dabei erstmals ein vollständiges Bild über die Wechselwirkung von Kollisionszell-Bias (CCT, engl. Collision Cell Technology) und Pole-Bias, die erforderlich ist, um eine optimale Energiebarriere für die Trennung der polyatomaren Störungen vom Analyten nach dem Kontakt mit dem Kollisionsgas zu bilden. Auf der Grundlage der DoE-Ergebnisse wurde ein spezifischer Matrix-Tune etabliert, um eine maximale Empfindlichkeit für Aluminium und später auch für Eisen in einer humanen Zellmatrix zu erreichen, indem ausgewählte instrumentelle Parameter automatisch optimiert wurden. Abschließend wurde der Matrixtune für ionisches Aluminium in menschlichen Zellen (HUH-7) validiert, einschließlich der Charakterisierung von AlNP, und für die Untersuchung der AlNP-Aufnahme durch HUH-7-Zellen angewendet. Eisen wurde verwendet, um die einzelnen Zellen zu identifizieren, die in das ICP-MS eingetragen wurden.

• Publisher: ProQuest Dissertations & Theses
• Subject: Gases / Nanomaterials / Nanotechnology / Plasma
• ISBN: 9798265415158