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 -