Projektbeschreibung
Eine effiziente Mischtechnik für die Strukturbiologie
Bei der zeitaufgelösten seriellen Femtosekunden-Kristallografie handelt es sich um ein relativ neues Verfahren der Strukturbiologie, bei dem Freie-Elektronen-Röntgenlaser zum Einsatz kommen, um die makromolekularen Strukturen von Proteinen darzustellen. Die Reaktionen werden ausgelöst, indem entweder schnelle Mischtechniken oder die Photoaktivierung verwendet wird. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt X-MIXING wird eine effiziente Mischtechnik auf Mikroebene entwickeln, die lichtunempfindliche biochemische Reaktionen auslösen kann. Das Projekt hat als Konzeptnachweis eine Konfiguration vorgestellt, bei der elektrohydrodynamische Felder und eine Impulsübertragung zum Einsatz kommen. Dieses Verfahren hat das Potenzial, die Mischleistung im Vergleich zu Methoden gemäß Stand der Technik um das 100- bis 1 000-fache zu verbessern, bei denen Substrate in den Kristall diffundiert werden. Die Vielseitigkeit der Konfiguration sollte ebenfalls erhebliche Änderungen beim pH-Wert und der Temperatur der Reaktionsumgebung ermöglichen. X-MINING wird die zugrunde liegenden physikalischen Grenzen der vorgestellten Methode ausloten und dabei verschiedene Ansätze verfolgen.
Ziel
X-MIXING is an interdisciplinary project aimed at conceiving an efficient mixing method at the microscale suitable for triggering not-light sensitive biochemical reactions in the application of Time-Resolved Serial Femtosecond Crystallography. Nowadays, the temporal resolution of this type of dynamic structural biology analysis with X-ray Free-Electron Lasers is limited by the minimum mixing time that current methods can produce. As it is shown in a proof-of-concept, an exciting combination of electrohydrodynamic fields and momentum transfer lead to a significant variation of the spatiotemporal scales within the convection-diffusion mechanism. So, this configuration can potentially generate mixing from 100 to 1000 faster than current means do. Besides, its versatility would enable not only to reduce the mixing time substantially, but also to induce jumps in PH and temperature that would additionally open horizons concerning new types of triggering reactions in the field. These critical features have the potential to become this original configuration in a key to take full advantage of the recent significant investment, over 1,22 billion euro (2005 value), paid by European Union and partners for the construction of the European XFEL (Germany), whose user operation started in September 2017. To explore and elucidate the underlying physical limits of the proposed method, the research methodology of this project will embrace different approaches such as micro-PIV experiments, numerical simulations, and scaling analysis.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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MSCA-IF-GF - Global FellowshipsKoordinator
41004 Sevilla
Spanien