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FachbeitragWeiter auf Expansionskurs

Wyatt Technology Europe in neuen Geschäftsräumen
Fachbeitrag: Weiter  auf Expansionskurs
Wyatt Technology Europe (WTE) hat zum 5. Oktober 2007 neue Geschäftsräume im Industriegebiet „Urbacher Wald“ in Dernbach/Westerwald bezogen. WTE ist die europäische Dependance des weltweit führenden Herstellers von Lichtstreudetektoren, der amerikanischen Wyatt Technology Corporation, die ihren Stammsitz in Santa Barbara, Kalifornien, hat. Das neue Gebäude liegt verkehrsgünstig direkt an der A3, Abfahrt Dierdorf. Der ICE-Bahnhof in Montabaur ist in zehn Minuten zu erreichen, die Flughäfen Frankfurt und Köln/Bonn in etwa einer Stunde. Von diesem Standort aus kann der gesamte europäische Raum betreut werden.

Das neue Firmendomizil - von Anfang an auf Wachstum ausgelegt – bietet Platz für ein modernes Applikationslabor sowie zeitgemäße Service- und Schulungseinrichtungen. Wyatt Technology legt von jeher großen Wert auf persönliche Kundenbetreuung und -schulung, die je nach den Erfordernissen entweder vor Ort oder nunmehr auch in den eigenen Räumen erfolgen kann. Kundenschulungen und Gerätevorführungen werden zukünftig in regelmäßigem Turnus in Dernbach durchgeführt. Die Light Scattering University – LSU –, eine mehrtägige, umfassende Schulung in Theorie und Praxis der Lichtstreuungsmessung, bietet Anwendern und anderen Interessierten eine fundierte Grundlage für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologie. Überdies führt Wyatt Technology Europe seit vielen Jahren die bewährten FFF-Seminare durch, in denen die derzeit fortschrittlichste Technologie der Partikelseparation, die Fluss-Feld-Fraktionierung, geräteseitig repräsentiert durch das Eclipse-System, mit ihren universellen Anwendungsmöglichkeiten dargestellt und erklärt wird.

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Neben dem Vertrieb von Detektionsgeräten und der Anwenderschulung ist in Dernbach auch die Produktion des Eclipse®-Gerätes angesiedelt, das nun bereits in der dritten Gerätegeneration als Eclipse 3 gefertigt wird. Das Team wurde auf 23 Mitarbeiter erweitert. Neben den Bereichen Entwicklung und Produktion werden von Dernbach aus auch Vertrieb, Kundensupport und Marketing für das gesamte europäische Gebiet koordiniert und durchgeführt. In der Firmenentwicklung von Wyatt Technology Europe sind somit die Weichen auf Expansion und Erfolg gestellt.

Was aber steckt hinter den Geräten, die unter Bezeichnungen wie Dawn HELEOS, miniDawn TREOS, QELS oder DynaPro daher kommen? Was leisten, wie funktionieren sie?

Lichtstreuung

Um die Arbeitsweise dieser als Mehrwinkel-Lichtstreu-Detektoren (MALS: multi angle light scattering) bezeichneten Instrumente verstehen zu können, muss man sich ein wenig mit dem Licht und seinen Eigenschaften beschäftigen. Genauer gesagt: mit dem Phänomen der Lichtstreuung durch Materie.

Schickt man polarisiertes Licht durch eine Probe, die neben dem Lösungsmittel auch gelöste oder suspendierte Partikel (z.B. Proteine, Liposome, Polymerstoffe) enthält, so findet eine Streuung dieses Lichts an diesen Teilchen statt (Bild 1). Das einfallende Licht wird in verschiedene Richtungen gestreut. Die Intensität dieses Streulichts wird vom Molekulargewicht des streuenden Partikels bestimmt. Der Vorgang der Lichtstreuung basiert damit auf definierten physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Das bedeutet: Misst man die Art und Weise, wie ein Partikel das Licht streut, so kann man mithilfe von mathematischen Berechnungen sein Molekülgewicht (Mw) in Dalton (Da) und ein Maß für seine Form, den Trägheitsradius (Rg, radius of gyration) in Nanometern (nm), mit dem die Verteilung der Massen in einem Molekül beschrieben wird, ermitteln (Bild 2).

Die Basis dieser Technologie ist die statische Lichtstreuung. Die Resultate werden umso exakter, je größer die Zahl der Winkel ist, aus deren „Blick“-Richtung die Intensität des Streulichts gemessen wird. Bei der dynamischen Lichtstreuung wird der Parameter Zeit als Berechnungsgrundlage hinzu genommen, was die Bestimmung zusätzlicher Partikeleigenschaften ermöglicht. Wenn Licht mit einem Molekül oder einem Partikel in Wechselwirkung tritt, wird, wie bereits dargestellt, ein Teil des einfallenden Lichtes gestreut. Wäre das Molekül unbeweglich, dann bliebe die Intensität des gestreuten Lichtes konstant. Da jedoch alle Moleküle in Lösung durch die Brownsche Molekularbewegung in Relation zum Detektor diffundieren, kommt es zu einer (positiven oder negativen) Interferenz, die eine Veränderung dieser Intensität bewirkt. Die Geschwindigkeit dieser Änderungen steht demnach in direktem Verhältnis zu der Bewegung des Moleküls (Bild 3).

Die Diffusion der Moleküle wird hauptsächlich durch folgende Faktoren bestimmt:

1. Temperatur – je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Teilchen;

2. Viskosität der Lösung – je viskoser (also „zähflüssiger“) die Lösung, desto langsamer wird die Molekülbewegung;

3. Größe der Moleküle – je größer die Moleküle, desto langsamer bewegen sie sich.

Sind die Faktoren Temperatur und Lösung konstant und bekannt, so stehen folgerichtig die Veränderungen in der Intensität des gestreuten Lichtes in direktem Zusammenhang mit der „Größe” des Moleküls. Der Wert, welcher mit diesem Messprinzip ermittelt werden kann, ist der „hydrodynamische Radius“ Rh. Da die tatsächliche geometrische Gestalt eines Teilchens in Lösung nicht direkt messbar ist, wird der hydrodynamische Radius über die Stokes-Einstein-Beziehung definiert:

D = kT/f = kT/6πηRH

Hierbei ist D die Diffusionskonstante, RH der hydrodynamische Radius, η die Viskosität des Lösungsmittels, T die Temperatur und k die Boltzmann-Konstante.

Der hydrodynamische oder auch Stokes-Radius ist definiert durch das Prinzip der äquivalenten Kugel. Dies bedeutet, es handelt sich um den Radius einer Kugel, welche die gleichen hydrodynamischen Eigenschaften hat wie das zu bestimmende Molekül. Dieser Wert erlaubt eine Aussage zum Verhalten des Moleküls in Lösung, so etwa darüber, wie leicht oder schwer sich das Molekül durch das Lösungsmittel bewegen lässt. Eine der Anwendungsmöglichkeiten für die dynamische Lichtstreuung ist die Charakterisierung von Proteinlösungen zum Zwecke der Kristallisierung. Dazu wird eine Messung des Proteins durchgeführt und beurteilt, ob das Protein Aggregate bildet (also „polydispers“, in Gestalt von verschieden großen Molekülen vorliegt), was in einem solchen Fall nicht erwünscht ist.

miniDawn TREOS

Um den Faktor 3 empfindlicher als sein Vorgänger Tristar misst dieser Lichtstreu-Detektor die statische Lichtstreuung mittels dreier Photodioden, die im Winkel von 45°, 90° und 140° angeordnet sind, und ermittelt so absolute Molmassen von 1000 bis 1 Million Dalton (Da). Trägheitsradien zwischen 10 und 50 nm können mit diesem Gerät bestimmt werden. Der Messstrahl von 658 nm wird hierbei von einem Hochleistungslaser erzeugt. Der integrierte Computer mit LCD-Bildschirm erlaubt jederzeit den Überblick über Gerätefunktion und Messstatus. Somit eignet sich das Treos auch für den Einsatz im „Stand-alone“-Betrieb. Es lässt sich aber auch problemlos in moderne Netzwerke einfügen. Systemimmanente Prüfroutinen zur Selbstdiagnose erhöhen zusätzlich die Verlässlichkeit des Gerätes. Ein interner Datenpuffer verhindert den Verlust wertvoller Messdaten. Für die meisten gängigen Proteinmessungen ist das TREOS damit fraglos das Gerät der Wahl.

Dawn HELEOS

Dieses Gerät repräsentiert den bisherigen technologischen Höhepunkt auf dem Gebiet der Mehrwinkel-Lichtstreudetektoren. Sein Herzstück ist die optische Bank, an deren Anfang mittels Lasertechnologie polarisiertes Licht erzeugt und in eine gegenüber liegende Messzelle geleitet wird. Darin befindet sich die Probe, die das einfallende Licht streut, also den Strahlenweg verändert. 18 Photodetektoren, die in definierter Anordnung um die Zelle herum platziert sind, ermöglichen die gleichzeitige Messung dieses Vorgangs, und zwar über einen maximalen Winkelbereich (etwa von 10° bis 160°) hinweg.

Das 18-Winkel-Lichtstreuphotometer besitzt einen integrierten Pentium-Computer, ein TFT-Display und ist mit einer Ethernet-Kommunikation ausgestattet. Gegenüber dem Vorläufermodell, DAWN EOS, weist das HELEOS ein auf das Doppelte verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis auf. Dies wird erreicht durch Verwendung eines stärkeren Lasers (120 mW statt 50 mW) einerseits und Verbesserungen bei den Detektoren und der Signalverarbeitungselektronik andererseits.

Mit dem „kleinen Bruder“ miniDawn TREOS gemeinsam ist dem HELEOS aber die Umwandlung der Messdaten. Für beide Systeme gilt gleichermaßen: Die Berechnung der Ergebnisse beruht nicht wie bei anderen Messverfahren auf empirischen Abschätzungen oder Relationen. Auch muss man sich nicht darauf verlassen, dass ein als Vergleich herangezogener molekularer Standard dem zu messenden, unbekannten Molekül möglichst ähnlich sein möge. Die Berechnung des Molekülgewichts bedient sich ausschließlich der exakten Daten, die bei der Messung gewonnen werden, und der mathematischen Algorithmen, die aufgrund von Naturgesetzen entwickelt wurden. Vor allem diese Tatsache macht das Messprinzip der Dawn-Instrumente unerreicht präzise, verlässlich und authentisch.

Das Gerät misst die absolute, also Standard-unabhängig bestimmte Molmasse von Molekülen zwischen 1000 und mehreren hundert Millionen Dalton (Da) sowie Molekülgrößen Rg von 10 bis etwa 1000 nm. Das Dawn HELEOS lässt sich zudem im eigenen Gehäuse mit einer QELS aufrüsten, was die zusätzliche Messung von dynamischer Lichtstreuung ermöglicht. Durch die Kombination aus statischer und dynamischer Lichtstreuungsmessung kann man weiter gehende Aussagen über Gestalt und Zusammensetzung der untersuchten Partikel und Lösungen treffen.

DynaPro Plate Reader

Die DynaPro™-Produktlinie ermöglicht die automatisierte Serienmessung dynamischer Lichtstreuung im Rahmen der Charakterisierung unfraktionierter Proben. Neben multimodaler Glasfasertechnologie sorgen modernste Software-Algorithmen für ein bislang unübertroffenes Maximum an Empfindlichkeit, Durchsatzmenge und Messpräzision. Mit dem DynaPro™ Plate Reader lassen sich 96, 384 oder sogar bis zu 1536 Proben einfach per Knopfdruck analysieren.

Das Gerät eignet sich somit ideal für Batch-Analysen, wie sie etwa im Rahmen von Screeninguntersuchungen zur Anwendung kommen. Es ergänzt das WyattQELS (Quasi-Elastic-Light Scattering), das speziell für Online-Messungen von fraktionierten Proben ausgelegt ist.

Aufgrund der nicht-invasiven Arbeitweise und seiner filterlosen Bauart ist das Gerät praktisch bedienungs- und wartungsfrei und lässt sich leicht an individuelle Analysesituationen anpassen. Es kann problemlos an ein bestehendes automatisiertes Liquid-Handling-System angeschlossen werden. Selbstverständlich ist der im Gerät eingebaute Batch-Korrelator im Rahmen von Online-Messungen auch mit einem Streulichtphotometer wie etwa dem miniDAWN kombinierbar. Überdies eröffnet sich mit dem DynaPro™ Plate Reader die Möglichkeit, die molekulare Charakterisierung durch Lichtstreuung mit automatisierten Robotersystemen zu koppeln.Zum Lieferumfang des DynaPro™ gehört eine benutzerfreundliche Software, die in die 21 CFR 11-konforme ASTRA-Plattform von Wyatt integriert ist. Absolute Molmassen sowie hydrodynamische Radien lassen sich mit dem System einfach und effektiv in jedem Labor bestimmen, das beispielsweise auch flüssigkeitschromatographische Methoden einsetzt. Zusammen genommen machen diese Eigenschaften den DynaPro™ Plate Reader zum unangefochtenen Industrie-Standardgerät auf dem Gebiet der Kristallisation von Proteinen.

ASTRA

Die Software ASTRA, mithilfe derer die Datenaufzeichnung und -auswertung bewerkstelligt werden, wartet mit einigen besonderen Innovationen auf: So wird bei der Auswertung das Signal-Rausch-Verhältnis jeder Detektion berücksichtigt, was die Präzision der Ergebnisse deutlich verbessert. Den weitaus wichtigsten Fortschritt indes stellt die von Wyatt entwickelte Korrektur für die sekundäre Bandenverbreiterung dar. Hierbei gelang es erstmals, eine stabile und zuverlässige Prozedur zu erarbeiten, mit der die Verbreiterung der Peaks durch das Totvolumen der Messzellen und Verbindungskapillaren ausgeglichen werden kann. Von dieser Neuerung profitieren alle Systeme, in denen mehrere Detektoren inline zum Einsatz kommen.

Vor allem die Viskosimeter sind es, die besonders störende Bandenverbreiterungseffekte erzeugen. Aus diesem Grund war es bisher nicht möglich, bei eng verteilten Proben zu entscheiden, ob die intrinsische Viskosität im Peak konstant ist. ASTRA kann jetzt eindeutig nachweisen, ob solche Peaks mono- oder polydisperse Lösungen repräsentieren. Dieser Fortschritt ist insbesondere in der Proteinanalytik von großer Bedeutung.

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