Thermophorese oder Thermodiffusion ist ein Massentransportprozess, der durch einen Temperaturgradienten angetrieben wird. Im biologischen Kontext gibt es zwei Hauptanwendungen: erstens die Akkumulation einer Komponente in einem mikrofluidischen System durch eine Kombination aus Thermodiffusion und Konvektion und zweitens die Charakterisierung von Proteinbindungsreaktionen, da die Thermodiffusion sehr empfindlich auf Komplexbildung reagiert. Wir untersuchen beide Themen: Der Akkumulationsprozess wird im Kontext von Theorien über den „Ursprung des Lebens“ untersucht und das zweite Thema im Hinblick auf die Frage, was wir aus dem veränderten Thermodiffusionsverhalten über Veränderungen in der Hydrathülle während der Komplexbildung, z. B. in einem Protein-Liganden-Bindungsprozess, lernen können. Bei nichtionischen Verbindungen finden wir eine klare Korrelation zwischen Hydrophilie und Temperaturempfindlichkeit des thermophoretischen Verhaltens.

Die thermophoretische Untersuchung von Ionen zeigt ionenspezifische Hydratationseffekte, die für biologische Informationsprozesse von entscheidender Bedeutung sind. Durch systematische thermophoretische Messungen in Kombination mit Neutronenstreuexperimenten, Dichroismus und isothermen Titrationsexperimenten erhalten wir einen tieferen Einblick in die entropischen, enthalpischen und strukturellen Veränderungen des Proteins, des Protein-Ligand-Komplexes und der begleitenden Hydratationsschicht. Bei der Quantifizierung biomolekularer Bindungen haben wir eine Korrelation zwischen der bei einer Reaktion freigesetzten Energie und dem durch einen Temperaturgradienten erzeugten Konzentrationsunterschied festgestellt. Dies ist ein wichtiger Schritt zum Verständnis von Nichtgleichgewichtsprozessen, wie sie im menschlichen Körper auftreten.