In diesem Projekt erarbeitet die Arbeitsgruppe Miniaturisierung die Grundlagen für neue Ionisierungs- und Probenzufuhr-Techniken, die anschließend in Zusammenarbeit mit anderen ISAS-Gruppen auf konkrete Probleme in der Gesundheitsforschung angewendet werden.
Ein wichtiger Aspekt dieser Arbeiten ist die genaue Charakterisierung von Plasmen, da deren Zustand über das Einsatzgebiet entscheidet: Filamentäre Plasmen scheinen sich eher für die Elementspektroskopie zu eignen, während homogene Plasmen offenbar gut zur weichen Ionisierung von Molekülen, etwa in der Massenspektrometrie, genutzt werden können. Daher geht die Arbeitsgruppe der Frage nach, wie die verschiedenen Modi für die analytische Chemie optimiert und eingesetzt werden können. Aktuell konzentrieren sich diese Arbeiten vor allem auf zeitaufgelöste Strom- und Emissionsmessungen, die den Entstehungsprozess des Plasmas und den Wechsel der Modi abbilden und außerdem die Möglichkeit bieten, gezielt an bestimmten Punkten des Prozesses einzugreifen und das Plasma in Richtung des einen oder anderen Modus verschieben zu können.
Zudem entwickelt die Gruppe derzeit zwei neue Methoden zur weichen Ionisierung von Proben, die vor allem in der Massenspektrometrie zum Einsatz kommen sollen: ein mittels dielektrisch behinderter Entladung betriebener Plasmajet sowie ein dielektrisch behindertes Elektrospray. Der Plasmajet ist vor allem für die Ionisierung von unpolaren Molekülen geeignet und hat gegenüber der gängigen Ionisierungsmethode für diese Moleküle, der APCI (atmospheric pressure chemical ionisation) den Vorteil, dass er außerhalb der Kapillare entsteht: So kann die Konstruktion nicht durch verdampftes Material verunreinigt werden. Zudem scheint er auch einige polare Moleküle zu ionisieren, was seine Anwendungsbreite noch vergrößern würde. Mit dem dielektrisch behinderten Elektrospray (DB-ESI) lassen sich polare, große Moleküle weich ionisieren und anschließend massenspektrometrisch nachweisen. Da die Elektroden durch eine isolierende dielektrische Barriere von der Probe getrennt sind, korrodieren sie nicht, sodass das DB-ESI deutlich besser für Langzeitmessungen geeignet ist als konventionelle Nano-Elektrosprays.
Eine Kopplung dieser beiden Techniken sollte den synchronen Nachweis ganz unterschiedlicher Komponenten in einer Probe ermöglichen. Die Gruppe untersucht daher Möglichkeiten, Plasmajet und DB-ESI gleichzeitig vor dem Einlass eines Massenspektrometers zu betreiben, und arbeitet zusätzlich an der Kopplung der beiden Ionisierungsverfahren mit Trenntechniken wie Gas- oder Flüssigchromatografie.
Ein weiteres Aufgabenfeld in diesem Projekt sind neue Methoden der Probenzufuhr für MS-Analysen, bei denen die Analyten etwa mittels Laser-Desorption direkt von der Oberfläche flüssiger oder getrockneter Proben gelöst werden können. Eine aufwändige Probenvorbereitung würde bei dieser Methode wegfallen, so dass Analysen schneller durchgeführt werden könnten. Durch die synchronisierten Ionisierungstechniken DB-ESI und Plasmajet können die desorbierten Moleküle simultan angeregt und massen- oder ionenmobilitätsspektrometrisch gemessen werden. Die Umsetzbarkeit der Laser-Desorption konnte die Gruppe bereits anhand von Pestiziden auf der Schale von Orangen demonstrieren. Sie könnte jedoch auch für zahlreiche biomedizinische Anwendungen geeignet sein, da die Probenvorbereitung wegfallen würde und die Analysen unter Normaldruck durchgeführt werden könnten. Theoretisch wäre die Technik damit sogar für die Analyse direkt aus Zellkulturen geeignet. Um die Laser-Desorption zu einer zuverlässigen Technik weiterzuentwickeln, testet die Gruppe derzeit verschiedene Laser und Laserleistungen und arbeitet an der Präparation entsprechender Oberflächen für die Probenaufnahme.
