Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

182 Schadensmodellierung
Restaktivität [%]
100 100
80 80
60 60
10 nm 10 nm
500 Pulse
40 40
5nm
5nm
Restaktivität [%]
20 20
10 000 Pulse
0nm
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0nm
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
a) Bestrahlung [mJ/cm²]
b) Bestrahlung [mJ/cm²]
Abbildung 5.9: Berechnete Inaktivierung von Chymotrypsin-Goldkonjugaten auf
der Basis eines thermischen Schadens zusammen mit den Messergebnissen unter
Berücksichtigung der scannenden Bestrahlung a) 500 Pulse b) 10000 Pulse. Die Restaktivität
wurde für den Temperaturverlauf an der Oberfläche der Partikel, in 5 nm
Entfernung und in 10 nm Entfernung von der Partikeloberfläche berechnet.
Eine vollständige Inaktivierung unterhalb des spinodalen Punktes konnte demnach
erwartet werden, wenn man die Oberflächentemperatur für den Schaden
verantwortlich macht. Der Temperaturgradient um die Partikel ist jedoch so
stark, dass man keine Inaktivierung unterhalb des spinodalen Punkts mehr erwarten
kann, wenn das gesamte Protein (5 nm) auf Temperaturen nahe 300◦C erhitzt werden muss.
Experimentell konnten Inaktivierungen erst bei Bestrahlungen beobachtet werden,
die um einen Faktor 3 bis 10 höher lagen, als den Rechnungen nach zu
erwarten ist. In den Rechnungen wird deutlich, dass eine Inaktivierung erst
oberhalb des spinodalen Punktes erfolgt. Zusätzlich ist der Temperaturgradient
innerhalb der 10 nm d. h. innerhalb der Proteine so groß, dass die Bestrahlung
schon um einen Faktor 4 höher sein muss, wenn man die Proteinmitte auf die
gleiche Temperatur heizen will wie die goldzugewandte Proteinseite. Der Inaktivierungsverlauf
im Fall der Bestrahlung mit 10000 Pulsen ist weniger von der
Bestrahlung abhängig als dass dies von der thermischen Schädigungstheorie her
erwartet wird. D. h. dass trotz des extrem hohen Temperaturgradienten und
der hohen Temperaturen die Inaktivierung von α-Chymotrypsin nicht mit einem
thermischen Schaden erklärt werden kann, der mit den von Pohl beschriebenen
Raten abläuft.