Aufspüren eines Paradigmenwechsels auf dem Gebiet der molekularen Erkennung: von den selektiven Rezeptoren zu den differenziellen Rezeptoren

Abstract

Das Gebiet der molekularen Erkennung hat ein Stadium erreicht, an dem relativ zielsicher Rezeptoren, die ein hohes Maû an Vorhersagbarkeit und gute Selektivitätseigenschaften gegenüber vielen kleinen und mittelgroûen Molekülen haben, entworfen und synthetisiert werden können. Der Antrieb dieses Ziel zu erreichen, lag vorwiegend darin, die auûergewöhnlich spezifischen bindenden Wechselwirkungen der Natur zu verstehen und nachzuahmen, die exemplarisch in der Schlüssel-Schloss-Analogie zum Ausdruck kommen (Abbildung 1 A). [1] Dennoch gibt es einen Aspekt in den Methoden der Natur, der bisher von präparativ arbeitenden Chemikern weitgehend unbeachtet geblieben ist und erst seit kurzem untersucht wird: die differenzielle Bindung. Mit differenziell ± im Gegensatz zu spezifisch oder selektiv ± beziehen wir uns auf Rezeptoren, die verschiedene Bindungseigenschaften, von denen keine notwendigerweise spezifisch oder gar selektiv sind, aufweisen. Diese Rezeptoren sind eher generalisiert als spezialisiert. Ein derartiger Lösungsansatz bedarf eines Ensembles von Sensoren (Abbildung 1 B) und der Auswertung von Erkennungsprotokollen, die aus Einzelsignalen zusammengesetzt sind. Genau dies ist die Erken-Olefinmetathese. Nach einem anderthalbjährigen Aufenthalt als Postdoc bei Dr. Ronald Breslow an der Columbia University, NY, während dessen er DNA-Hydrolyse-Mechanismen untersuchte, setzte er seine Forschungen an der University of Texas at Austin fort, wo er 1999 zum Full Professor ernannt wurde. John J. Lavigne wurde 1971 geboren und erhielt 1993 seinen BS-Abschluss und 1997 seinen Masters of Education an der St. Lawrence University, NY. Während seiner Promotion an der University of Texas at Austin unter Leitung von Dr. Eric Anslyn entwickelte er Einzel-und Multianalyt-Sensorsysteme. Dr. Lavigne arbeitet gegenwärtig als Forschungsleiter bei Labnetics, einer Firma zur Entwicklung und Vermarktung von Sensorsystemen.

Dynamic Mixtures: Challenges and Opportunities for the Amplification and Sensing of Scents

“…[21] Despite the successful use of some of these sensors in various applications, artificial electronic noses and tongues often lack selectivity and sensitivity compared with the original biological systems, in which recognition and amplification is based on structure-dependent binding to the receptor as a result of specific molecular recognition. [22,23] To benefit from the high sensitivity of the olfactory system, olfactory receptor cells have been directly attached to the surface of suitable sensor chips. [24] Nevertheless, the reproducibility of the measurements and the lifetime of the biosensors still need improvement to build highly performing and robust devices.…”

“…Sensors based on differential pattern recognition using synthetic molecular receptors generated as combinatorial libraries have recently been described as a further step to mimic human olfaction. [23] In contrast to highly selective binding to a specific receptor, differential pattern recognition uses non-specific interactions by simultaneously responding to different receptors in an array, but to different degrees. [23] Sensing based on reversible DCC: The recent development of DCC [5][6][7][8][9][10] based on the reversible formation of covalent bonds [25] brings new aspects to the research on compound mixtures.…”

Hydrogen-Bond-Mediated Template Synthesis of Rotaxanes, Catenanes, and Knotanes

“…Often, anion recognition [237][238][239][240][241][242] is more difficult to achieve with a controlled relative geometry of host and guest so that it may be more challenging to design a threaded host-guest complex based on anions. This may be the reason, why the anion templates for the formation of catenanes or rotaxanes are limited in number and have been used less often than those based on cation recognition.…”

A Multi‐stopband Photonic‐Crystal Microchip for High‐Performance Metal‐Ion Recognition Based on Fluorescent Detection

“…[11] In particular, sensor arrays are a verified valid detection method in the area of multi-analyte testing and high-throughput analysis. [12] Generally, array sensing needs large numbers of serial compounds as sensors to perform the correlative differential analysis. It involves complicated chemical synthesis and valid compound screening.…”

“…[12] Generally, array sensing needs large numbers of serial compounds as sensors to perform the correlative differential analysis. Although many serial sensors have been designed and synthesized, [12][13][14] it is still a challenge to achieve multi-testing sensor array conveniently and develop general and high-performance multi-analyte detection methods. Although many serial sensors have been designed and synthesized, [12][13][14] it is still a challenge to achieve multi-testing sensor array conveniently and develop general and high-performance multi-analyte detection methods.…”