@misc{LisdatBeissenhirtzSchelleretal.2006, author = {Lisdat, Fred and Beissenhirtz, Moritz K. and Scheller, Frieder W. and Viezzoli, Maria S.}, title = {Cystein-Mutanten der Cu,Zn-Superoxiddismutase und ihre Anwendung in Proteinelektroden f{\"u}r die Detektion von freien Sauerstoffradikalen}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2006}, volume = {11}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2006}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2006_1_1}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-216}, pages = {7 -- 11}, year = {2006}, abstract = {Das Enzym Superoxiddismutase (SOD) bietet wegen seiner hohen Reaktionsrate und seiner extrem hohen Substratspezifi t{\"a}t große Vorteile f{\"u}r eine Anwendung als Superoxidbiosensor. In dieser Arbeit wurden durch molekularbiologische Methoden Mutanten der humanen Cu,Zn-SOD gewonnen, welche ein oder zwei zus{\"a}tzliche Cystein-Reste enthielten, die eine einfache Immobilisierung des Proteins durch Bindung des Cystein-Schwefels auf Goldelektroden erm{\"o}glichten. Sechs solcher Mutanten wurden entworfen, exprimiert, aufgereinigt und elektrochemisch charakterisiert. Alle Mutanten konnten durch einen einfachen Inkubationsschritt auf Goldelektroden gebunden werden und zeigten ein quasi-reversibles elektrochemisches Ansprechen. F{\"u}r eine Mutante wurde die Anwendung als Superoxidsensor genauer untersucht und f{\"u}r beide Teilreaktionen der Dismutation ein Ansprechen des Sensors auf das Radikal gefunden. Bei Verwendung einer Teilreaktion konnte die Empfindlichkeit herk{\"o}mmlicher Monoschichtsensoren um etwa eine Gr{\"o}ßenordnung {\"u}bertroffen werden.}, language = {de} } @misc{TerschLisdat2012, author = {Tersch, Christoph and Lisdat, Fred}, title = {Labelfreie Detektion von Protein-DNA-Interaktionen durch elektrochemische Impedanzspektroskopie}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2012}, volume = {16}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2012}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2012_1_3}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-1346}, pages = {23 -- 30}, year = {2012}, abstract = {Es wird ein impedimetrisches Sensorsystem f{\"u}r den Nachweis von Protein-DNA-Wechselwirkungen vorgestellt. Der Sensor nutzt kurze Thiol-markierte DNA (ssDNA), die {\"u}ber Chemisorption auf Goldchipelektroden immobilisiert wird. Aus den Impedanzspektren wurde der Durchtrittswiderstand (Rct) als Kenngr{\"o}ße f{\"u}r die zu untersuchenden Wechselwirkungen gew{\"a}hlt. In Anwesenheit des Redoxsystems Ferro-/Ferrycyanid konnte eine Zunahme des Durchtrittswiderstandes nach der Immobilisierung und anschließender Hybridisierung auf der Sensoroberfl {\"a}che registriert werden. Der Einsatz l{\"a}ngerer F{\"a}nger-DNA (25- mer im Vergleich zu 18-mer) f{\"u}hrte zu einer Abnahme der Konzentration an immobilisierten F{\"a}nger-Str{\"a}ngen, aber auch zu einer Vergr{\"o}ßerung der Durchtrittswiderst{\"a}nde sowohl f{\"u}r ssDNA als auch dsDNA. Bei {\"a}hnlichen Oberfl{\"a}chenkonzentrationen ließ sich eine ann{\"a}hernd gleiche Sensitivit{\"a}t des Hybridisierungsnachweises im Vergleich zu 18-mer F{\"a}nger-Str{\"a}ngen erzielen. Mit Hilfe des Elektrodensystems wurde die Nachweisbarkeit von Protein-DNA-Wechselwirkungen untersucht. Die Restriktion doppelstr{\"a}ngiger DNA durch die Restriktionsendonuklease BamHI konnte mit der Zyklovoltammetrie und markierungsfrei mit der Impedanzspektroskopie verfolgt werden. Des Weiteren wurde die sequenzspezifische Bindung des Transkriptionsfaktors NF-κB p50 an}, language = {de} } @misc{TanneSchaeferKhalidetal.2012, author = {Tanne, Johannes and Sch{\"a}fer, Daniel and Khalid, Waqas and Parak, Wolfgang J. and Lisdat, Fred}, title = {Lichtgesteuerter bioelektrochemischer Sensor basierend auf CdSe/ZnS-Quantum Dots}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2012}, volume = {16}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2012}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2012_1_2}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-1357}, pages = {15 -- 22}, year = {2012}, abstract = {Diese Studie besch{\"a}ftigt sich mit der Untersuchung der Sauerstoffsensitivit{\"a}t von QD-Elektroden auf Basis von CdSe/ZnS-Nanopartikeln. Das Verhalten des sauerstoffabh{\"a}ngigen Photostroms wurde dabei in Abh{\"a}ngigkeit des pH-Wertes und des Potentials untersucht. Auf Grundlage dieser Sauerstoffabh{\"a}ngigkeit wurde die Enzymaktivit{\"a}t von GOD {\"u}ber Photostrommessungen evaluiert. F{\"u}r die Konstruktion eines photobioelektrochemischen Sensors, der durch Beleuchtung der entsprechenden Elektrodenfl{\"a}che ausgelesen werden kann, wurden Multischichten auf die CdSe/ZnS-modifizierten Elektroden aufgetragen. Die Layer-by-Layer Deposition von GOD mit Hilfe des Polyelektrolyten PAH zeigte, dass eine Sensorkonstruktion m{\"o}glich ist. Die Sensoreigenschaften dieser Elektroden werden drastisch durch die Menge an immobilisiertem Enzym auf der Quantum Dot-Schicht beeinflusst. Durch die Pr{\"a}paration von vier Bilayern [GOD/PAH]4 an CdSe/ ZnS Elektroden kann ein schnell ansprechbarer Sensor f{\"u}r Konzentrationen zwischen 0.1 - 5 mM Glukose hergestellt werden. Dies er{\"o}ffnet neue M{\"o}glichkeiten f{\"u}r die Multianalytdetektion mit nichtstrukturierten Sensorelektroden, lokalisierten Enzymen und r{\"a}umlich aufgel{\"o}ster Auslesung durch Licht.}, language = {de} } @misc{BalkenhohlBeutlerSchaeferetal.2007, author = {Balkenhohl, Thomas and Beutler, Falko and Sch{\"a}fer, Daniel and Lisdat, Fred}, title = {Entwicklung eines impedimetrischen Biosensors f{\"u}r den Nachweis von Antigliadin Autoantik{\"o}rpern}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2007}, volume = {12}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2007}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2007_1_8}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-522}, pages = {48 -- 57}, year = {2007}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wurde ein Biosensor f{\"u}r den Nachweis von Antik{\"o}rpern gegen Gliadin entwickelt. Gliadine sind Bestandteile der Getreideglutene und verantwortlich f{\"u}r die Manifestation der Z{\"o}liakie (Gluten-Unvertr{\"a}glichkeit). Der Biosensor basiert auf der Immobilisierung von Gliadin auf Goldelektroden, die zuvor mit Polystyrensulfons{\"a}ure beschichtet worden waren. Die erfolgreiche Immobilisierung wurde mit Hilfe der Quarzmikrowaage dokumentiert. Die Antigen-Antik{\"o}rper-Bindung konnte durch die Inkubation mit einem Peroxidase-markierten Zweitantik{\"o}rper und der enzymatischen Oxidation von 3-Amino-9- Ethylcarbazol (AEC) verst{\"a}rkt werden. Die Zunahme in der Elektrodenisolierung durch die Bindungs- und Ablagerungsreaktion konnte durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) in Anwesenheit des Hexacyanoferrat- Redoxsystems gemessen werden. Die Spektren wurden mit Hilfe eines Randles-Ersatzschaltbildes ausgewertet. Hierbei konnte eine Zunahme im Ladungstransferwiderstand festgestellt werden, die pro portional zur Antigliadin-Antik{\"o}rperkonzentration, im Bereich von 10-8 M bis 10-6 M, war. Mit Hilfe dieses Sensors wurden schließlich humane Seren hinsichtlich ihrer Konzentration an Gliadinantik{\"o}rpern, sowohl f{\"u}r Immunglobuline vom Typ IgG als auch IgA, untersucht.}, language = {de} } @misc{BuetowPaenkeKafkaetal.2008, author = {B{\"u}tow, Sandra M. and P{\"a}nke, Oliver and Kafka, Jan and Lisdat, Fred}, title = {Goldchipelektroden zur elektrochemischen DNA-Detektion}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2008}, volume = {13}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2008}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2008_1_4}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-653}, pages = {25 -- 34}, year = {2008}, abstract = {Im folgenden Artikel werden einfache DNA-Sensoren vorgestellt, mit deren Hilfe es durch voltammetrische und impedimetrische Messmethoden m{\"o}glich ist, schnell, sensitiv und kosteng{\"u}nstig Einzelstrang-DNA (ssDNA) nachzuweisen. Beide Messprinzipien lassen neben der spezifischen Detektion auch die Quantifizierung von DNA-Sequenzen sowie den Nachweis von einzelnen Basenfehlpaarungen innerhalb dieser Sequenzen zu. F{\"a}nger- DNA wurde zu diesem Zweck mit dem 5'-Ende auf einer Goldoberfl{\"a}che immobilisiert. Die Hybridisierung mit einem Methylenblau (MB) markierten oder unmarkierten Probenstrang konnte dann mit Hilfe der Differenzpulsvoltammetrie DPV oder der elektrochemischen Impedanzspektroskopie nachgewiesen werden. Die voltammetrische Quantifizierung erfolgte in einem direkten und kompetitiven Ansatz, mit einem Detektionslimit von 30 nM bzw. 3 nM (bei Einsatz von 0,1 μM Kompetitor- DNA). Das Detektionslimit beim impedimetrischen Nachweis lag bei 100 nM DNA. Die hier vorgestellten Sensoren sind zum einen regenerierbar und k{\"o}nnen zum anderen {\"u}ber einen Zeitraum von zwei Monaten gelagert werden.}, language = {de} } @misc{SchubertKhalidZhaoetal.2010, author = {Schubert, Kirsten and Khalid, Waqas and Zhao, Yue and Parak, Wolfgang J. and Lisdat, Fred}, title = {Halbleiternanopartikel-modifizierte Elektrode zum Nachweis von Substraten von NADH-abh{\"a}ngigen Enzymreaktionen}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2009/2010}, volume = {14}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2009/2010}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2010_1_2}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-810}, pages = {13 -- 22}, year = {2010}, abstract = {Es wurde ein Elektrodensystem entwickelt, das aufbauend auf Halbleiternanopartikeln (so genannte Quantenpunkte) die sensitive Detektion des Enzymkofaktors NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) erlaubt. Kolloidale halbleitende CdSe/ZnS-Nanokristalle sind durch ein Dithiol {\"u}ber Chemisorption an Gold gebunden. Das Stromsignal kann durch die Beleuchtung der Quantenpunkt modifizierten Oberfl{\"a}che beeinflusst werden. Durch Photoanregung entstehen Elektron-Loch- Paare in den Nanopartikeln, die als anodischer oder kathodischer Photostrom detektiert werden k{\"o}nnen. Die Immobilisierung der Nanokristalle ist durch amperometrische Photostrom- und Quarzmikrowaage-Messungen (quartz crystal microbalance) verifiziert. Diese Studie zeigt, dass CdSe/ZnS-Quantenpunktmodifizierte Elektroden eine konzentrationsabh{\"a}ngige NADH-Detektion im Bereich von 20μM bis 2mM bei relativ niedrigem Potential (um 0V vs Ag/AgCl, 1 M KCl) erm{\"o}glichen. Somit k{\"o}nnen solche Elektroden in Kombination mit NADH-produzierenden Reaktionen f{\"u}r die lichtgesteuerte Analyse der entsprechenden Substrate des Biokatalysators genutzt werden. Es wird gezeigt, dass mit einem solchen Elektrodensystem und Photostrommessungen ein Glukosenachweis m{\"o}glich ist.}, language = {de} } @misc{TanneGoebelLisdat2011, author = {Tanne, Christoph K. and G{\"o}bel, Gero and Lisdat, Fred}, title = {Entwicklung einer Glucosedehydrogenase-basierten Anode und deren Anwendung in einer Glucose/O2-Biobrennstoffzelle}, series = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2011}, volume = {15}, journal = {Wissenschaftliche Beitr{\"a}ge 2011}, issn = {0949-8214}, doi = {10.15771/0949-8214_2011_1_2}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus-1039}, pages = {13 -- 21}, year = {2011}, abstract = {Unter Verwendung von mehrwandigen Kohlenstoffnanor{\"o}hren wurde in dieser Studie eine neuartige Anode zum Einsatz in Biobrennstoffzellen entwickelt. Dazu wurde das rekombinante Enzym Pyrrolochinolinchinon(PQQ)- abh{\"a}ngige Glucosedehydrogenase kovalent an eine aus PQQ bestehenden Zwischenschicht gekoppelt, welche zuvor an die Kohlenstoffnanor{\"o}hren adsorbiert war. Die Nanor{\"o}hren wurden aufgrund ihrer Thiolmodifikation chemisorptiv auf einer Goldelektrode gebunden. In glucosehaltiger L{\"o}sung konnte der Start eines katalytischen Stroms bei einem Potential von -80 mV vs. Ag/AgCl (1 MKCl) beobachtet werden. Unter Substrats{\"a}ttigung wurden Stromdichten im Bereich von 170 bis 200 μA/cm2 gemessen. Dieses System basiert auf einem mediatorvermittelten Elektronentransfer. Die entwickelte (PQQ)-GDH-MWCNT-Elektrode wurde mit einer MWCNT-modifizierten Elektrode kombiniert, bei der Bilirubinoxidase (BOD) als Biokatalysator fungiert. Daraus resultierte eine membranfreie Biobrennstoffzelle mit einem leichgewichtspotential von 600 mV und Leistungsdichten im Bereich von 20-25 μW/cm2.}, language = {de} } @article{FeifelStiegerKappetal.2016, author = {Feifel, Sven Christian and Stieger, Kai Ralf and Kapp, Andreas and Weber, Dennis and Allegrozzi, Marco and Piccioli, Mario and Turano, Paola and Lisdat, Fred}, title = {Insights into Interprotein Electron Transfer of Human Cytochrome c Variants Arranged in Multilayer Architectures by Means of an Artificial Silica Nanoparticle Matrix}, series = {ACS Omega}, volume = {1}, journal = {ACS Omega}, number = {6}, issn = {2470-1343}, doi = {10.1021/acsomega.6b00213}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus4-6753}, pages = {1058 -- 1066}, year = {2016}, abstract = {The redox behavior of proteins plays a crucial part in the design of bioelectronic systems. We have demonstrated several functional systems exploiting the electron exchange properties of the redox protein cytochrome c (cyt c) in combination with enzymes and photoactive proteins. The operation is based on an effective reaction at modified electrodes but also to a large extent on the capability of self-exchange between cyt c molecules in a surface-fixed state. In this context, different variants of human cyt c have been examined here with respect to an altered heterogeneous electron transfer (ET) rate in a monolayer on electrodes as well as an enhanced self-exchange rate while being incorporated in multilayer architectures. For this purpose, mutants of the wild-type (WT) protein have been prepared to change the chemical nature of the surface contact area near the heme edge. The structural integrity of the variants has been verified by NMR and UV-vis measurements. It is shown that the single-point mutations can significantly influence the heterogeneous ET rate at thiol-modified gold electrodes and that electroactive protein/silica nanoparticle multilayers can be constructed with all forms of human cyt c prepared. The kinetic behavior of electron exchange for the mutant proteins in comparison with that of the WT has been found altered in some multilayer arrangements. Higher self-exchange rates have been found for K79A. The results demonstrate that the position of the introduced change in the charge situation of cyt c has a profound influence on the exchange behavior. In addition, the behavior of the cyt c variants in assembled multilayers is found to be rather similar to the situation of cyt c self-exchange in solution verified by NMR.}, language = {en} } @article{WegerichTuranoAllegrozzietal.2009, author = {Wegerich, F. and Turano, Paola and Allegrozzi, Marco and M{\"o}hwald, H. and Lisdat, Fred}, title = {Superoxide Biosensing with Engineered Cytochrome c}, series = {Procedia Chemistry}, volume = {1}, journal = {Procedia Chemistry}, number = {1}, issn = {1876-6196}, doi = {10.1016/j.proche.2009.07.321}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus4-6523}, pages = {1287 -- 1290}, year = {2009}, abstract = {Several mutation positions have been chosen for introducing positively charged lysines in human cytochrome c (cyt c) with the aim of increasing the reaction rate with superoxide radicals (SO) and thus, the sensitivity of an electrochemical cyt c based SO biosensor. The impact of the mutations on structural and redox properties as well as on the reaction rate with SO are verified. Four mutants show a higher reaction rate with the radical compared to the wild type. These mutants are used for the construction of SO sensors based on thiol-modified gold electrodes and covalently fixed proteins. The E66K mutant electrode has a clearly higher sensitivity in comparison to the wildtype based sensor.}, language = {en} } @article{RiedelHoefsRuffetal.2021, author = {Riedel, Marc and H{\"o}fs, Soraya and Ruff, Adrian and Schuhmann, Wolfgang and Lisdat, Fred}, title = {A Tandem Solar Biofuel Cell: Harnessing Energy from Light and Biofuels}, series = {Angewandte Chemie International Edition}, volume = {60}, journal = {Angewandte Chemie International Edition}, number = {4}, publisher = {Wiley}, issn = {1521-3773}, doi = {10.1002/anie.202012089}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus4-13680}, pages = {2078 -- 2083}, year = {2021}, abstract = {We report on a photobioelectrochemical fuel cell consisting of a glucose-oxidase-modified BiFeO3 photobiocathode and a quantum-dot-sensitized inverse opal TiO2 photobioanode linked to FAD glucose dehydrogenase via a redox polymer. Both photobioelectrodes are driven by enzymatic glucose conversion. Whereas the photobioanode can collect electrons from sugar oxidation at rather low potential, the photobiocathode shows reduction currents at rather high potential. The electrodes can be arranged in a sandwich-like manner due to the semi-transparent nature of BiFeO3, which also guarantees a simultaneous excitation of the photobioanode when illuminated via the cathode side. This tandem cell can generate electricity under illumination and in the presence of glucose and provides an exceptionally high OCV of about 1 V. The developed semi-artificial system has significant implications for the integration of biocatalysts in photoactive entities for bioenergetic purposes, and it opens up a new path toward generation of electricity from sunlight and (bio)fuels.}, language = {en} }