TY - GEN A1 - Lisdat, Fred A1 - Beissenhirtz, Moritz K. A1 - Scheller, Frieder W. A1 - Viezzoli, Maria S. T1 - Cystein-Mutanten der Cu,Zn-Superoxiddismutase und ihre Anwendung in Proteinelektroden für die Detektion von freien Sauerstoffradikalen T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2006 N2 - Das Enzym Superoxiddismutase (SOD) bietet wegen seiner hohen Reaktionsrate und seiner extrem hohen Substratspezifi tät große Vorteile für eine Anwendung als Superoxidbiosensor. In dieser Arbeit wurden durch molekularbiologische Methoden Mutanten der humanen Cu,Zn-SOD gewonnen, welche ein oder zwei zusätzliche Cystein-Reste enthielten, die eine einfache Immobilisierung des Proteins durch Bindung des Cystein-Schwefels auf Goldelektroden ermöglichten. 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. Für eine Mutante wurde die Anwendung als Superoxidsensor genauer untersucht und für beide Teilreaktionen der Dismutation ein Ansprechen des Sensors auf das Radikal gefunden. Bei Verwendung einer Teilreaktion konnte die Empfindlichkeit herkömmlicher Monoschichtsensoren um etwa eine Größenordnung übertroffen werden. Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-216 SN - 0949-8214 VL - 11 SP - 7 EP - 11 ER - TY - GEN A1 - Tersch, Christoph A1 - Lisdat, Fred T1 - Labelfreie Detektion von Protein-DNA-Interaktionen durch elektrochemische Impedanzspektroskopie T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2012 N2 - Es wird ein impedimetrisches Sensorsystem für den Nachweis von Protein-DNA-Wechselwirkungen vorgestellt. Der Sensor nutzt kurze Thiol-markierte DNA (ssDNA), die über Chemisorption auf Goldchipelektroden immobilisiert wird. Aus den Impedanzspektren wurde der Durchtrittswiderstand (Rct) als Kenngröße für die zu untersuchenden Wechselwirkungen gewählt. In Anwesenheit des Redoxsystems Ferro-/Ferrycyanid konnte eine Zunahme des Durchtrittswiderstandes nach der Immobilisierung und anschließender Hybridisierung auf der Sensoroberfl äche registriert werden. Der Einsatz längerer Fänger-DNA (25- mer im Vergleich zu 18-mer) führte zu einer Abnahme der Konzentration an immobilisierten Fänger-Strängen, aber auch zu einer Vergrößerung der Durchtrittswiderstände sowohl für ssDNA als auch dsDNA. Bei ähnlichen Oberflächenkonzentrationen ließ sich eine annähernd gleiche Sensitivität des Hybridisierungsnachweises im Vergleich zu 18-mer Fänger-Strängen erzielen. Mit Hilfe des Elektrodensystems wurde die Nachweisbarkeit von Protein-DNA-Wechselwirkungen untersucht. Die Restriktion doppelsträngiger 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 N2 - In this work, the applicability of an impedimetric DNA sensor has been investigated for the detection of protein- DNA interactions. The sensor is based on short thiol-modified single-stranded DNA, which is chemisorbed to gold chip electrodes. In the presence of the redox system ferri-/ferrocyanide impedance measurements show an increase in charge transfer resistance after immobilization and hybridization of ssDNA to the sensor surface. The use of a longer capture oligonucleotide (a 25-mer instead of an 18-mer) results in a decreasing probe concentration on the surface. Furthermore it causes an increase of the charge transfer resistance for both ssDNA and dsDNA. The hybridization event, however, can be detected with a similar sensitivity compared to an 18-mer (with the same surface concentration) and allows a good discrimination between ssDNA and dsDNA. This electrode system is used to follow an enzyme reaction on the surface electrochemically. The cleavage of a double-stranded DNA by restriction endonuclease BamHI could be verified by cyclic voltammetry and impedance spectroscopy. The sequence specific DNAbinding of the transcription factor NF-κB p50 is found to cause a decrease in charge transfer resistance. Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-1346 SN - 0949-8214 VL - 16 SP - 23 EP - 30 ER - TY - GEN A1 - Tanne, Johannes A1 - Schäfer, Daniel A1 - Khalid, Waqas A1 - Parak, Wolfgang J. A1 - Lisdat, Fred T1 - Lichtgesteuerter bioelektrochemischer Sensor basierend auf CdSe/ZnS-Quantum Dots T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2012 N2 - Diese Studie beschäftigt sich mit der Untersuchung der Sauerstoffsensitivität von QD-Elektroden auf Basis von CdSe/ZnS-Nanopartikeln. Das Verhalten des sauerstoffabhängigen Photostroms wurde dabei in Abhängigkeit des pH-Wertes und des Potentials untersucht. Auf Grundlage dieser Sauerstoffabhängigkeit wurde die Enzymaktivität von GOD über Photostrommessungen evaluiert. Für die Konstruktion eines photobioelektrochemischen Sensors, der durch Beleuchtung der entsprechenden Elektrodenfläche 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 möglich ist. Die Sensoreigenschaften dieser Elektroden werden drastisch durch die Menge an immobilisiertem Enzym auf der Quantum Dot-Schicht beeinflusst. Durch die Präparation von vier Bilayern [GOD/PAH]4 an CdSe/ ZnS Elektroden kann ein schnell ansprechbarer Sensor für Konzentrationen zwischen 0.1 – 5 mM Glukose hergestellt werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Multianalytdetektion mit nichtstrukturierten Sensorelektroden, lokalisierten Enzymen und räumlich aufgelöster Auslesung durch Licht. N2 - This study reports on the oxygen sensitivity of quantum dot electrodes modified with CdSe/ZnS nanocrystals. The photocurrent behaviour is analysed in dependence on pH and applied potential by potentiostatic and potentiodynamic measurements. On the basis of the influence of the oxygen content in solution on the photocurrent generation the enzymatic activity of GOD is evaluated in solution. In order to construct a photobioelectrochemical sensor which can be read out by illuminating the respective electrode area multilayers were build up on the CdSe/ZnS-modified electrodes. The layer-by-layer deposition of GOD by means of the polyelectrolyte PAH show that a sensor construction is possible. The sensing properties of such kind of electrodes are drastically influenced by the amount and density of the enzyme on top of the quantum dot layer. By depositing 4 bilayers [GOD/ PAH]4 on the CdSe/ZnS electrode a fast responding sensor for the concentration range 0.1mM-5mM glucose can be prepared. This opens the door to a multianalyte detection with a non-structured sensing electrode, localized enzymes and spatial read-out by light. Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-1357 SN - 0949-8214 VL - 16 SP - 15 EP - 22 ER - TY - GEN A1 - Balkenhohl, Thomas A1 - Beutler, Falko A1 - Schäfer, Daniel A1 - Lisdat, Fred T1 - Entwicklung eines impedimetrischen Biosensors für den Nachweis von Antigliadin Autoantikörpern T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2007 N2 - In der vorliegenden Arbeit wurde ein Biosensor für den Nachweis von Antikörpern gegen Gliadin entwickelt. Gliadine sind Bestandteile der Getreideglutene und verantwortlich für die Manifestation der Zöliakie (Gluten-Unverträglichkeit). Der Biosensor basiert auf der Immobilisierung von Gliadin auf Goldelektroden, die zuvor mit Polystyrensulfonsäure beschichtet worden waren. Die erfolgreiche Immobilisierung wurde mit Hilfe der Quarzmikrowaage dokumentiert. Die Antigen-Antikörper-Bindung konnte durch die Inkubation mit einem Peroxidase-markierten Zweitantikörper und der enzymatischen Oxidation von 3-Amino-9- Ethylcarbazol (AEC) verstärkt 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-Antikörperkonzentration, im Bereich von 10-8 M bis 10-6 M, war. Mit Hilfe dieses Sensors wurden schließlich humane Seren hinsichtlich ihrer Konzentration an Gliadinantikörpern, sowohl für Immunglobuline vom Typ IgG als auch IgA, untersucht. N2 - In this study an immunosensor was developed for the analysis of anti-gliadin antibodies. These antibodies can serve as an early diagnostic marker for celiac disease. The sensor is based on polystyrenesulfonic acid modifi ed gold electrodes on which gliadin was immobilized. The anti-gliadin antibody recognition was amplifi ed by a second binding step with a peroxidase- labeled antibody and subsequent peroxidase-catalyzed oxidation of 3-amino-9-ethylcarbazole (AEC) resulting in a precipitate formation on the electrode. The change of the electrode surface properties was followed by impedance spectroscopy in the presence of ferri-/ferrocyanide. By evaluating the impedance spectra the charge transfer resistance was found to be a suitable sensor parameter. A calibration curve for the detection of anti-gliadin antibodies was established for antibody concentrations between 10-8 M and 10-6 M and the sensor was also applied for the analysis of serum samples. Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-522 SN - 0949-8214 VL - 12 SP - 48 EP - 57 ER - TY - GEN A1 - Bütow, Sandra M. A1 - Pänke, Oliver A1 - Kafka, Jan A1 - Lisdat, Fred T1 - Goldchipelektroden zur elektrochemischen DNA-Detektion T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2008 N2 - Im folgenden Artikel werden einfache DNA-Sensoren vorgestellt, mit deren Hilfe es durch voltammetrische und impedimetrische Messmethoden möglich ist, schnell, sensitiv und kostengünstig 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. Fänger- DNA wurde zu diesem Zweck mit dem 5’-Ende auf einer Goldoberfläche 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 können zum anderen über einen Zeitraum von zwei Monaten gelagert werden. N2 - This paper describes simplistic electrochemical DNA sensors for the sensitive, more rapid and cost effective detection of single-stranded DNA (ssDNA). The used methodes are the voltammetric detection and the detection by impedance spectroscopy. Beside the specific detection of ssDNA both techniques allow quantification of DNA and verification of single base pair mismatches within the sequences. Therefore a single-stranded 18mer oligonucleotide (DNA) was immobilised via a thiol-linker on gold film electrodes and served as probe DNA. Hybridisation was detected by means of the electroactive redox-marker methylene blue (MB), which was covalently bound to the 5’-end of the target DNA, by differential pulse voltammetry (DPV) or by measuring the differences in the charge transfer resistance (RCT) by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using non-labelled ssDNA targets. MB-labelled target DNA was verified down to 30 nM DNA. By application of a competitive binding assay non-labelled DNA was detected down to 3 nM DNA. The detection limit for impedimetric DNA sensors was 100 nM ssDNA. The sensors were found to be reusable and could be stored for more than two month at 4 °C without significant loss in their activity. Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-653 SN - 0949-8214 VL - 13 SP - 25 EP - 34 ER - TY - GEN A1 - Schubert, Kirsten A1 - Khalid, Waqas A1 - Zhao, Yue A1 - Parak, Wolfgang J. A1 - Lisdat, Fred T1 - Halbleiternanopartikel-modifizierte Elektrode zum Nachweis von Substraten von NADH-abhängigen Enzymreaktionen T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2009/2010 N2 - 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 über Chemisorption an Gold gebunden. Das Stromsignal kann durch die Beleuchtung der Quantenpunkt modifizierten Oberfläche beeinflusst werden. Durch Photoanregung entstehen Elektron-Loch- Paare in den Nanopartikeln, die als anodischer oder kathodischer Photostrom detektiert werden können. Die Immobilisierung der Nanokristalle ist durch amperometrische Photostrom- und Quarzmikrowaage-Messungen (quartz crystal microbalance) verifiziert. Diese Studie zeigt, dass CdSe/ZnS-Quantenpunktmodifizierte Elektroden eine konzentrationsabhängige NADH-Detektion im Bereich von 20μM bis 2mM bei relativ niedrigem Potential (um 0V vs Ag/AgCl, 1 M KCl) ermöglichen. Somit können solche Elektroden in Kombination mit NADH-produzierenden Reaktionen für die lichtgesteuerte Analyse der entsprechenden Substrate des Biokatalysators genutzt werden. Es wird gezeigt, dass mit einem solchen Elektrodensystem und Photostrommessungen ein Glukosenachweis möglich ist. N2 - An electrode system based on semiconductive nanoparticles (so called quantum dots) was developed which allows the sensitive detection of the enzyme cofactor NADH (nicotinamide adenine dinucleotide). Colloidal semiconductive CdSe/ZnS nanocrystals are bound to gold via a dithiol compound by chemisorption. The current signal can be influenced by illumination of the quantum dot-modified electrode surface. Because of photoexcitation electron-holepairs are generated in the nanoparticles which can be detected as anodic or cathodic photocurrent. The immobilisation of the nanocrystals is verified by photocurrent and quarz crystal microbalance (QCM) measurements. This study shows that CdSe/ZnS-quatum dot-modified electrodes provide a concentration-dependent detection of NADH in the range of 20μM up to 2mM at relatively low overpotentials (around 0V vs Ag/ AgCl, 1 M KCl). Such electrodes can be used in combination with NADH-producing reactions for the lighttriggered analysis of the corresponding substrate of the biocatalyst. The detection of glucose with such an electrode system and photocurrent measurements is shown. Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-810 SN - 0949-8214 VL - 14 SP - 13 EP - 22 ER - TY - GEN A1 - Tanne, Christoph K. A1 - Göbel, Gero A1 - Lisdat, Fred T1 - Entwicklung einer Glucosedehydrogenase-basierten Anode und deren Anwendung in einer Glucose/O2-Biobrennstoffzelle T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2011 N2 - Unter Verwendung von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren wurde in dieser Studie eine neuartige Anode zum Einsatz in Biobrennstoffzellen entwickelt. Dazu wurde das rekombinante Enzym Pyrrolochinolinchinon(PQQ)- abhängige Glucosedehydrogenase kovalent an eine aus PQQ bestehenden Zwischenschicht gekoppelt, welche zuvor an die Kohlenstoffnanoröhren adsorbiert war. Die Nanoröhren wurden aufgrund ihrer Thiolmodifikation chemisorptiv auf einer Goldelektrode gebunden. In glucosehaltiger Lösung konnte der Start eines katalytischen Stroms bei einem Potential von -80 mV vs. Ag/AgCl (1 MKCl) beobachtet werden. Unter Substratsättigung 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. N2 - In this study a biofuel cell anode is developed on the basis of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). Recombinant pyrroloquinoline quinone (PQQ) dependent glucose dehydrogenase is covalently coupled to a PQQ-layer which is adsorbed onto thiolmodified MWCNTs. The MWCNTs are chemisorbed to a gold electrode. In the presence of glucose a catalytic current starts at a potential of -80 mV vs. Ag/AgCl, 1 M KCl. Under substrate saturation current densities of 170 to 200 μA/cm2 can be achieved. The operation is based on mediated electron transfer of the enzyme. This (PQQ)-GDH-MWCNT-electrode is combined with a MWCNT-modifi ed electrode to which bilirubin oxidase (BOD) is covalently coupled. The resulting membrane-free biofuel cell has an open cell potential of 600 mV and can achieve power densities in the range of 20-25 μW/cm2. Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus-1039 SN - 0949-8214 VL - 15 SP - 13 EP - 21 ER - TY - JOUR A1 - Feifel, Sven Christian A1 - Stieger, Kai Ralf A1 - Kapp, Andreas A1 - Weber, Dennis A1 - Allegrozzi, Marco A1 - Piccioli, Mario A1 - Turano, Paola A1 - Lisdat, Fred T1 - Insights into Interprotein Electron Transfer of Human Cytochrome c Variants Arranged in Multilayer Architectures by Means of an Artificial Silica Nanoparticle Matrix JF - ACS Omega N2 - 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. Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-6753 SN - 2470-1343 VL - 1 IS - 6 SP - 1058 EP - 1066 ER - TY - JOUR A1 - Wegerich, F. A1 - Turano, Paola A1 - Allegrozzi, Marco A1 - Möhwald, H. A1 - Lisdat, Fred T1 - Superoxide Biosensing with Engineered Cytochrome c JF - Procedia Chemistry N2 - 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. KW - biosensor KW - cytochrome c KW - superoxide KW - protein engineering Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-6523 SN - 1876-6196 VL - 1 IS - 1 SP - 1287 EP - 1290 ER - TY - JOUR A1 - Riedel, Marc A1 - Höfs, Soraya A1 - Ruff, Adrian A1 - Schuhmann, Wolfgang A1 - Lisdat, Fred T1 - A Tandem Solar Biofuel Cell: Harnessing Energy from Light and Biofuels JF - Angewandte Chemie International Edition N2 - 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. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-13680 SN - 1521-3773 VL - 60 IS - 4 SP - 2078 EP - 2083 PB - Wiley ER - TY - JOUR A1 - Lisdat, Fred T1 - Coupling biology to electrochemistry—future trends and needs JF - Journal of Solid State Electrochemistry N2 - The coupling of biological entities with electrodes has already quite some history and has reached a status which is not only based on phenomenological descriptions. Nowadays, we are able to effectively couple redox centres within protein molecules to electrochemical transducers. This allows the transduction of a biochemical reaction into an electrode signal with applications mainly in sensing and bioenergetics [1,2,3,4,5,6,7,8]. However, in most cases, this coupling is not direct, and shuttle molecules or side products of the reaction are used. But also for the direct coupling, significant progress has been made, and several enzymes and redox proteins can be addressed directly by electrodes [8,9,10,11,12,13]. The understanding of the functioning of developed systems is, however, in its infancy. Charge and electrostatic interactions have been mostly studied, and for small dipole molecules such as cytochrome c, the situation can be well described [14]. There is a lack of understanding for more complex enzyme molecules which brings a lot of trial and error into research. Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-13639 SN - 1433-0768 VL - 24 SP - 2125 EP - 2127 PB - Springer Nature ER - TY - JOUR A1 - Zhao, Shuang A1 - Riedel, Marc A1 - Patarroyo, Javier A1 - Bastús, Neus G. A1 - Puntes, Victor A1 - Zhao, Yue A1 - Lisdat, Fred A1 - Parak, Wolfgang J. T1 - Tailoring of the photocatalytic activity of CeO₂ nanoparticles by the presence of plasmonic Ag nanoparticles JF - Nanoscale N2 - The present study investigates basic features of a photoelectrochemical system based on CeO2 nanoparticles fixed on gold electrodes. Since photocurrent generation is limited to the absorption range of the CeO2 in the UV range, the combination with metal nanoparticles has been studied. It can be shown that the combination of silver nanoparticles with the CeO2 can shift the excitation range into the visible light wavelength range. Here a close contact between both components has been found to be essential and thus, hybrid CeO2@Ag nanoparticles have been prepared and analyzed. We have collected arguments that electron transfer occurs between both compositional elements of the hybrid nanoparticles.The photocurrent generation can be rationalized on the basis of an energy diagram underlying the necessity of surface plasmon excitation in the metal nanoparticles, which is also supported by wavelength-dependent photocurrent measurements. However, electrochemical reactions seem to occur at the CeO2 surface and consequently, the catalytic properties of this material can be exploited as exemplified with the photoelectrochemical reduction of hydrogen peroxide. It can be further demonstrated that the layer-by layer technique can be exploited to create a multilayer system on top of a gold electrode which allows the adjustment of the sensitivity of the photoelectrochemical system. Thus, with a 5-layer electrode with hybrid CeO2@Ag nanoparticles submicromolar hydrogen peroxide concentrations can be detected. Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-16361 VL - 14 SP - 12048 EP - 12059 PB - Royal Society of Chemistry (RSC) ER - TY - JOUR A1 - Kölsch, Adrian A1 - Radon, C. A1 - Golub, M. A1 - Baumert, A. A1 - Bürger, Jörg A1 - Mielke, Thorsten A1 - Lisdat, Fred A1 - Feoktystov, A. A1 - Pieper, J. A1 - Zouni, Athina A1 - Wendler, P. T1 - Current limits of structural biology: The transient interaction between cytochrome c6 and photosystem I JF - Current Research in Structural Biology N2 - Trimeric photosystem I from the cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus (TePSI) is an intrinsic membrane protein, which converts solar energy into electrical energy by oxidizing the soluble redox mediator cytochrome c6 (Cyt c6) and reducing ferredoxin. Here, we use cryo-electron microscopy and small angle neutron scattering (SANS) to characterize the transient binding of Cyt c6 to TePSI. The structure of TePSI cross-linked to Cyt c6 was solved at a resolution of 2.9 Å and shows additional cofactors as well as side chain density for 84% of the peptide chain of subunit PsaK, revealing a hydrophobic, membrane intrinsic loop that enables binding of associated proteins. Due to the poor binding specificity, Cyt c6 could not be localized with certainty in our cryo-EM analysis. SANS measurements confirm that Cyt c6 does not bind to TePSI at protein concentrations comparable to those for cross-linking. However, SANS data indicate a complex formation between TePSI and the non-native mitochondrial cytochrome from horse heart (Cyt cHH). Our study pinpoints the difficulty of identifying very small binding partners (less than 5% of the overall size) in EM structures when binding affinities are poor. We relate our results to well resolved co-structures with known binding affinities and recommend confirmatory methods for complexes with KM values higher than 20 μM. Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-13628 SN - 2665-928X VL - 2 SP - 171 EP - 179 ER - TY - GEN A1 - Schubart, Ivo A1 - Göbel, Gero A1 - Lisdat, Fred T1 - Direkte Kontaktierung des Enzyms (PQQ)-GDH und Elektroden mit Hilfe von polymermodifizierten Nanoröhren für die Anwendung in Biobrennstoffzellen T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2013 N2 - In dieser Studie präsentieren wir eine Enzymelektrode, bei der ein direkter Elektronentransfer (DET) zwischen der Pyrrolochinolinchinon-abhängigen Glukosedehydrogenase (PQQ)-GDH und einer Elektrode realisiert werden konnte. Hierfür wird eine Goldelektrode mit mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren [engl. multi-walled carbon nanotubes (MWCNT)] modifiziert, anschließend mit einem Copolymer aus Anilinderivaten überzogen und dann die (PQQ)-GDH (Acinetobacter calcoaceticus) kovalent immobilisiert. Die gepulste Polymersynthese wird hinsichtlich der Effektivität der bioelektrokatalytischen Umsetzung von Glukose optimiert. Die Glukoseoxidation startet bei einem Potential von -0,1 V vs. Ag/AgCl (1 M KCl) und Stromdichten von bis zu 500 μA/cm² (+0,1 V) können erreicht werden. Der Messbereich für Glukose liegt bei 0,1-5 mM (+0,1 V vs. Ag/AgCl). Der dynamische Bereich ist bei höherem Potential auf bis zu 100 mM (+0,4 V vs Ag/AgCl) erweitert. Die Elektrode wird als Anode in einer Biobrennstoffzelle (BBZ) mit einer Bilirubinoxidase-modifizierten MWCNT/Gold-Kathode eingesetzt. Beide Elektroden basieren auf einem DET. Das Zellpotential der BBZ beträgt 680 ±20 mV und sie erreicht eine maximale Leistungsdichte von 65 μW/cm² (bei einer Zellspannung von 350 mV). Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-3127 SN - 0949-8214 VL - 17 SP - 17 EP - 22 ER - TY - GEN A1 - Riedel, Marc A1 - Kartchemnik, Julia A1 - Schöning, Michael J. A1 - Lisdat, Fred T1 - Impedimetrischer DNA Nachweis - Schritte in Richtung sensorischer Anwendung T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2015 N2 - Diese Studie beschreibt einen labelfreien impedimetrischen Sensor auf der Grundlage von kurzen einzelsträngigen DNA-Erkennungselementen für den Nachweis von Hybridisierungsereignissen. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Aufklärung des Einflusses der Ziel-DNA-Länge und der Erkennungssequenzposition auf die sensorische Leistungsfähigkeit. Die impedimetrischen Messungen werden in Anwesenheit des Redoxsystems Kaliumhexacyanoferrat (II/III) durchgeführt und zeigen einen Anstieg des Durchtrittswiderstandes nach der Hybridisierung mit komplementärer Ziel-DNA mit einer Nachweisgrenze im unteren nanomolaren Bereich. Nach der Hybridisierung kann die Regeneration des Sensors mit deionisiertem Wasser durch die Einstellung effektiver Konvektionsbedingungen erreicht werden und ermöglicht somit eine Wiederverwendbarkeit des Sensors. Untersuchungen zu längeren Ziel-DNA-Strängen mit einem zur Lösung exponierten Überhang demonstrieren die Anwendbarkeit des impedimetrischen Nachweises für längere Sequenzen. Allerdings resultiert eine zunehmende Überhanglänge in einer verringerten Durchtrittswiderstandsänderung. Um die Impedanzänderung für längere Ziel-DNA zu erhöhen, wird die Erkennungssequenzposition verändert, sodass ein kleiner Überhang zur Elektrode ausgerichtet ist. Die Ergebnisse legen nahe, dass DNA in direkter Nähe zur Elektrode einen größeren Einfluss auf das impedimetrische Signal besitzt als weiter entfernte DNA. N2 - This study describes a label-free impedimetric sensor based on short ssDNA recognition elements for the detection of hybridisation events. We concentrate on the elucidation of the influence of target length and recognition sequence position on the sensorial performance. The impedimetric measurements are performed in the presence of the redox system ferri-/ferrocyanide and show an increase in charge transfer resistance upon hybridisation of complementary ssDNA in the nanomolar range. After hybridisation, a sensor regeneration can be achieved with deionised water by adjustment of effective convection conditions, ensuring sensor reusability. By investigation of longer targets with overhangs exposed to the solution, we can demonstrate applicability of the impedimetric detection for longer ssDNA. However, a decreasing charge transfer resistance change (ΔRct) is found by extending the overhang. As a strategy to increase the impedance change for longer target strands, the position of the recognition sequence can be designed in a way that a small overhang is exposed to the electrode surface. These results suggest that DNA near the electrode possesses a larger impact on the impedimetric signal than DNA further away. Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-3538 SN - 0949-8214 VL - 19 SP - 21 EP - 28 ER - TY - GEN A1 - Sarauli, David A1 - Xu, Chenggang A1 - Dietzel, Birgit A1 - Schulz, Burkhard A1 - Lisdat, Fred T1 - Effekt unterschiedlich substituierter sulfonierter Polyaniline auf den Elektronentransfer mit pyrrolochinolinchinonabhängiger Glukosehydrogenase T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2014 N2 - Sulfonierte Polyaniline erwiesen sich bereits als geeignete Polymere für den Aufbau von Biosensoren. Aus diesem Grund setzten wir unterschiedlich substituierte Polymerformen für die Untersuchungen der direkten Elektronenübertragung zum Redoxenzym PQQ-GDH (Pyrrolochinolinchinon-abhängige Glukosedehydrogenase) ein. Dafür wurden zuerst neue Copolymere synthetisiert. Als Basis für die Synthesen wurden 2-Methoxyanilin-5-Sulfonsäure (MAS), 3-Aminobenzensulfonsäure (ABS), 3-Aminobenzoesäure (AB) und Anilin (AN) ausgewählt und deren Verhältnisse variiert. Alle Copolymere wurden hinsichtlich der direkten Reaktion mit PQQ-GDH untersucht. Diese Wechselwirkung wurde zunächst in Lösung, anschließend auch auf Elektroden beobachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass nur die aus MAS- und AN-Einheiten bestehenden Copolymere in der Lage sind, mit dem Enzym in Lösung direkt zu interagieren, was wahrscheinlich dem Emeraldin Salz (ES) Redoxzustand des Polymers zuzuschreiben ist. Immobilisiert man die Polymere und das Enzym auf Kohlenstoffnanoröhrenbasierten Elektroden, generiert man direkte Bioelektrokatalyse auch im Falle der aus ABS/AB- und MAS/AB-Einheiten bestehenden Copolymere, die sich nach der Synthese im Pernigranilin Base (PB) Redoxzustand befinden. Im Gegensatz zur Situation in Lösung kann auf Elektroden das Potential zusätzlich genutzt werden, um Elektronen vom Enzym auf das Polymer zu übertragen. Solche Polymerbasierten Enzymelektroden besitzen Anwendungspotential in der Sensorik, aber auch in Biobrennstoffzellen. Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-3285 SN - 0949-8214 VL - 18 SP - 7 EP - 15 ER - TY - GEN A1 - Vogt, Christian A1 - Lisdat, Fred T1 - BioHyTec: Biohybride Technologien in der Hauptstadtregion – Kompetenzbildung und Aufbau einer regionalen Wertschöpfungskette T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2004 N2 - Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) startete 1999 mit dem InnoRegio-Wettbewerb eine neuartige Förderinitiative unter der Leitidee „Innovative Impulse in den Neuen Ländern“. In zahlreichen Regionen wurden Aktivitäten in Gang gesetzt, um neue Formen der Zusammenarbeit von Menschen aus den unterschiedlichsten Bereichen zu entwickeln und damit die Wertschöpfung und Wettbewerbsfähigkeit in den ostdeutschen Regionen zu erhöhen. An dieser Ausschreibung nahmen in der Anfangsphase 444 Bewerberregionen teil. Nach der ersten Jury-Sitzung im Oktober 1999 wurden 50 InnoRegios ausgewählt, in einer Entwicklungsphase ihre Kernkompetenzen herauszufiltern und tragfähige Innovationskonzepte zu erarbeiten. Mit der zweiten Jury-Sitzung im Herbst 2000 fiel der Startschuss zur Umsetzungsphase. Zur Zeit werden vom BMBF 23 InnoRegios in den Neuen Ländern gefördert. Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-4094 SN - 0949-8214 VL - 9 SP - 97 EP - 102 ER - TY - JOUR A1 - Morlock, Sascha A1 - Subramanian, Senthil Kumar A1 - Zouni, Athina A1 - Lisdat, Fred T1 - Bio-inorganic hybrid structures for direct electron transfer to photosystem I in photobioelectrodes JF - Biosensors and Bioelectronics N2 - Synthetic materials can be combined with biological components in many ways. One example that provides scientists with multiple challenges is a photobioelectrode that converts sunlight into electrons in a biohybrid approach. In the present study several key parameters are evaluated concerning their influence on the direct electron transfer from a 3D indium tin oxide (ITO) electrode material to photosystem I (PSI) as a light-harvesting biomolecule. In contrast to previous investigations, no mediating molecule is added to shuttle the electrons to the luminal side of PSI. Thus, this setup is less complex than foregoing ones. The solution composition drastically influences the interaction of PSI with the ITO surface. Here, the application of higher buffer concentrations and the addition of salts are advantageous, whereas the nature of the buffer ions plays a minor role. The artificial electrode material's thickness is adjustable since a spin-coating procedure is used for preparation. With a 30 μm thick structure and immobilized PSI cathodic photocurrents up to 10.1 μA cm−2 are obtained at 100 mW cm−2 illumination intensity and an applied potential of −0.1V vs. Ag/AgCl. Over a period of three days the photobioelectrodes are illuminated for a total of 90 min and stored between the measurements at ambient temperature. The stability of the setup is noteworthy as still about 90% of the photocurrent is retained. The photocathode described here offers many positive features, including a high onset potential for the photocurrent starting sligthly above the redox potentail of P700, and applicability in a wide pH range from pH 5 to 8. Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-16770 SN - 1873-4235 VL - 204 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Khalid, Waqas A1 - Göbel, Gero A1 - Hühn, Dominik A1 - Montenegro, Jose-Maria A1 - Rivera-Gil, Pilar A1 - Lisdat, Fred A1 - Parak, Wolfgang J. T1 - Light triggered detection of aminophenyl phosphate with a quantum dot based enzyme electrode JF - Journal of Nanobiotechnology N2 - An electrochemical sensor for p-aminophenyl phosphate (p APP) is reported. It is based on the electrochemical conversion of 4-aminophenol (4AP) at a quantum dot (QD) modified electrode under illumination. Without illumination no electron transfer and thus no oxidation of 4AP can occur. p APP as substrate is converted by the enzyme alkaline phosphatase (ALP) to generate 4AP as a product. The QDs are coupled via 1,4-benzenedithiol (BDT) linkage to the surface of a gold electrode and thus allow potential-controlled photocurrent generation. The photocurrent is modified by the enzyme reaction providing access to the substrate detection. In order to develop a photobioelectrochemical sensor the enzyme is immobilized on top of the photo-switchable layer of the QDs. Immobilization of ALP is required for the potential possibility of spatially resolved measurements. Geometries with immobilized ALP are compared versus having the ALP in solution. Data indicate that functional immobilization with layer-by-layer assembly is possible. Enzymatic activity of ALP and thus the photocurrent can be described by Michaelis- Menten kinetics. p APP is detected as proof of principle investigation within the range of 25 μM - 1 mM. Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-5808 SN - 1477-3155 VL - 9 IS - 46 ER - TY - JOUR A1 - Feifel, Sven Christian A1 - Lisdat, Fred T1 - Silica nanoparticles for the layer-by-layer assembly of fully electro-active cytochrome c multilayers JF - Journal of Nanobiotechnology N2 - For bioanalytical systems sensitivity and biomolecule activity are critical issues. The immobilization of proteins into multilayer systems by the layer-by-layer deposition has become one of the favorite methods with this respect. Moreover, the combination of nanoparticles with biomolecules on electrodes is a matter of particular interest since several examples with high activities and direct electron transfer have been found. Our study describes the investigation on silica nanoparticles and the redox protein cytochrome c for the construction of electro-active multilayer architectures, and the electron transfer within such systems. The novelty of this work is the construction of such artificial architectures with a non-conducting building block. Furthermore a detailed study of the size influence of silica nanoparticles is performed with regard to formation and electrochemical behavior of these systems. Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-5819 SN - 1477-3155 VL - 9 IS - 59 ER -