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 - 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 - 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 -