Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

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weiteren Hinweis darauf, dass Blasen schon in den ersten Pikosekunden nach der
Temperaturerhöhung über den spinoidalen Punkt auftreten können, erhält man
aus Modellrechnungen, in denen die Temperatur und die Dampfblasenbildung
an Goldoberflächen molekulardynamisch berechnet wurde [47, 46]. Nach diesen
Rechnungen löst sich eine Wasserschicht aus 48 Wassermoleküllagen innerhalb
von 230 ps vollständig von der Goldoberfläche ab. Die hier vorliegenden und
zitierten Experimente deuten somit auf eine Entstehung von Blasen mit einem
Durchmesser im Nanometerbereich hin, sobald die Oberflächentemperatur den
spinoidalen Punkt überschreitet.
Nimmt man an, dass alle Proteine nach Entstehung einer Blase innerhalb der
Blasenlebensdauer vollständig inaktiviert werden, so hängt der Inaktivierungsverlauf
mit Bestrahlung nur noch von den Inhomogenitäten des Laserstrahls ab.
Dann müsste eine drastische Inaktivierung für Bestrahlungen beobachtet werden,
die Temperaturen im Bereich von 280 ◦ C bis 375 ◦ C zwischen dem spinoidalen und
dem kritischen Punkt von Wasser induzieren. Dies war nach den Temperaturberechnungen
in keinem der Experimente der Fall.
Auch bei Experimenten mit Mikrometerpartikeln hatte die Blasenbildung keinen
inaktivierenden Einfluß auf die Proteine. Selbst bei einem Vielfachen der Blasenbildungsschwelle
und Blasenlebensdauern von mehreren Mikrosekunden konnte
keine Inaktivierung beobachtet werden. Zusätzlich hat die Blasenbildung die Proteine
nicht von den Partikeln abgelöst. Die Blasenbildung führte somit in allen
Versuchen zu keinem Verlust der Proteinaktivität.
Nachdem Blasenbildung allein als Schadensmechanismus ausgeschlossen werden
kann, ist die Frage, wie sich das Aufschmelzen und die Fragmentierung der Partikel
auf die Aktivität der Proteine auswirkt.
Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit den Schadensmodellrechnungen
bestätigt, dass bei Bestrahlung mit Nanosekunden-Pulsen und einem homogenen
Strahlprofil nach den Berechnungen Temperaturen am oder über dem Schmelzpunkt
von Gold erwartet werden. Auch im Fall der inhomogenen Bestrahlung
gibt die Berechnung eines Schadens mit einer hohen Schwelle am besten den
experimentell beobachteten Inaktivierungsverlauf wieder.
Bei der Bestrahlung mit ps-Pulsen wurde eine Bestrahlung zur Inaktivierung
benötigt, die nach den Temperaturrechnungen selbst bei andauernder Wärmeleitung
ab 31 mJ/cm2 zu einer Verdampfung der Partikel führen sollte. Im Widerspruch