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 - 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 - 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 - 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 - Gladisch, Johannes A1 - Sarauli, David A1 - Schäfer, Daniel A1 - Dietzel, Birgit A1 - Schulz, Burkhard A1 - Lisdat, Fred T1 - Elektrogesponnene Polymerfasern als neuartiges Material für die Bioelektrokatalyse des Enzyms Pyrrolochinolinchinon-abhängige Glucosedehydrogenase T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2016 N2 - Es wurde ein dreidimensionales Polymerfasernetzwerk aufgebaut, charakterisiert und anschließend daran das Enzym Pyrrolochinolinchinon-abhängige Glukosedehydrogenase (PQQ)GDH gebunden. Das Polymerfasernetzwerk wurde durch Elektrospinnen einer Mischung des Polymers Polyacrylnitril und verschiedener leitfähiger Polymere der Polyanilin-Familie auf Indium-Zinn-Oxid-Elektroden aufgebracht. Die so hergestellten Fasermatten erwiesen sich bei mikroskopischen Untersuchungen gleichförmig präpariert und die Faserdurchmesser bewegten sich im Bereich weniger hundert Nanometer. Das Redoxpaar Kaliumhexacyanoferrat (II/III) zeigte an diesen Polymer-Elektrodenstrukturen eine quasi-reversible Elektrochemie. Bei weitergehenden Untersuchungen an den enzymmodifizierten Fasern ((PQQ)GDH) konnten unter Substratzugabe (Glukose) bioelektrokatalytische Ströme nachgewiesen werden. Das Fasernetzwerk fungiert hier nicht nur als Immobilisierungsmatrix, sondern als auch als Teil des Signalwandlers. N2 - A three-dimensional polymeric electrode structure was developed, characterized and subsequently coupled with the enzyme pyrroloquinoline quinone-dependent Glucosedehydrogenase (PQQ)GDH. The polymeric fiber network is produced by means of electrospinning from mixtures of polyacrylonitrile (PAN) and three different sulfonated poylanilines on top of ITO electrodes. The mats are uniform in their overall appearance; average diameters of the fibers produced are in the range of a few hundred nanometers. These polymeric structures can be shown to allow electrochemical conversions as verified with the ferri-/ferrocyanide redox couple. In addition, application in bioelectrocatalysis can be demonstrated. For two of three selected blends of PAN with sulfonated polyanillines, a well-defined bioelectrochemical response is obtained upon covalent fixation of PQQ-GDH to the fiber network and subsequent addition of substrate glucose. The electrospun matrix does not only act here as an immobilization support, but at the same time as a transducing element. Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-5293 SN - 0949-8214 VL - 20 SP - 15 EP - 21 ER - TY - GEN A1 - Riedel, Marc A1 - Schäfer, Daniel A1 - Parak, Wolfgang J. A1 - Ruff, Adrian A1 - Schuhmann, Wolfgang A1 - Lisdat, Fred T1 - Quantum Dot-modifizierte TiO2-Strukturen für die Licht-gesteuerte Bioelektrokatalyse T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2019 N2 - Die funktionale Kopplung von photoaktiven Nanostrukturen mit Enzymen stellt eine neue Strategie zum Aufbau lichtgesteuerter biohybrider Systeme dar. Hier sind Untersuchungen zusammengefasst, welche die effiziente Kontaktierung der FAD-abhängigen Glukosedehydrogenase (FAD-GDH) mit Hilfe eines Osmium-Redoxpolymers (P Os ) an PbS-Quantum Dots (PbS QDs) zeigen, welche direkt auf dreidimensionalen TiO 2 -Elektrodenstrukturen synthetisiert wurden. Diese biohybriden Strukturen erlauben die Licht-induzierte Oxidation von Glukose. Dazu wird zunächst ein Verfahren vorgestellt, bei welchem durch den Aufbau invers-opaler TiO 2 (IO-TiO 2 ) Strukturen hohe Bindungskapazitäten für die Integration von QDs, Redoxpolymer und Enzym erreicht werden. In Folge wird gezeigt wie elektrochemische Signalketten durch Licht gesteuert werden können, indem Ladungsträger in den QDs unter Beleuchtung erzeugt werden. Diese Aktivierung ermöglicht dann die Ausbildung einer Elektrontransferkaskade vom Enzym über das Redoxpolymer zu den QDs und final zur IO-TiO 2 -Elektrode. Die resultierenden anodischen Photoströme können durch das Potential, die Lichtintensität und die Glukosekonzentration moduliert werden. So können in Anwesenheit von Glukose Photoströme von bis zu 207 μA/cm2 und erste Oxidationssignale bereits bei einem Potential von -540 mV vs Ag/AgCl, 1 M KCl erhalten werden. Dies entspricht einem Potentialgewinn von über 500 mV im Vergleich zu nicht lichtsensitiven Elektroden. Das vorgestellte biohybride System kombiniert Vorteile einer großen Oberfläche (durch IO-TiO 2 -Struktur), die effiziente Ladungsträgergenerierung und -trennung an der QD/TiO 2 -Schnittstelle sowie die effiziente Kontaktierung von FAD-GDH mit den QDs mit Hilfe eines Redoxpolymers. Die Ergebnisse verdeutlichen das Potential dieser leistungsfähigen Photobioanode für die Sensorik und die Erzeugung von Energie aus Licht und Glukose. N2 - The combination of photoactive nanostructures with enzymes represents a new strategy for the construction of light-directed biohybrid systems. The study demonstrates the efficient linkage of FAD-dependent glucose dehydrogenase (FAD-GDH) to PbS quantum dot (QD)-sensitized inverse opal TiO 2 (IO-TiO 2 ) electrodes using an osmium redox polymer (P Os ). How these biohybrid structures can oxidize glucose in a light-directed fashion is highlighted in detail. For this purpose, firstly a method for the construction of IO-TiO 2 electrodes is presented, which gives rise to high binding capacities for the integration of QDs, redox polymer and enzyme. It can be shown how electrochemical signal chains can be controlled with light, resulting in a generation of charge carriers within the QDs. The activation of the electron transfer cascade then allows for an electron transfer from the enzyme via the redox polymer to the QDs and finally to the IO-TiO 2 electrode. The resulting anodic photocurrents can be modulated by potential, light intensity and glucose concentration. In the presence of glucose, photocurrents of up to 207 μA/cm 2 can be generated and first electron withdrawal from the biocatalytic sugar oxidation already proceeds at a potential of -540 mV vs Ag/AgCl (1 M KCl). This corresponds to a potential gain of over 500 mV compared to light-insensitive electrodes. The proposed biohybrid system combines the advantages of a large surface area (IO-TiO 2 ), efficient charge carrier generation (PbS QDs) and separation at the TiO 2 /QDs interface and the efficient linkage of FAD-GDH to the QDs using a redox polymer. This illustrates the potential of this powerful photobioanode for sensing and power supply. Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-10773 SN - 0949-8214 VL - 23 SP - 11 EP - 17 ER - TY - GEN A1 - Wettstein, Christoph A1 - Kano, Kenji A1 - Schäfer, Daniel A1 - Wollenberger, Ulla A1 - Lisdat, Fred T1 - Die Flavin-abhängige Fruktosedehydrogenase und Cytochrom c: Elektronentransfer und Sensorstrategien T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2017 N2 - Die hier durchgeführten Untersuchungen ermöglichen ein besseres Verständnis der Elektronentransferprozesse zwischen der Flavin-abhängigen Fruktosedehydrogenase (FDH) und dem Redoxprotein Cytochrom c (Cyt c). Dies liefert im Hinblick auf sensorische Anwendungen wichtige Erkenntnisse für vorteilhafte Sensorarchitekturen und deren Messbedingungen. Es wurden zwei unterschiedliche pH-Optima für die Redoxreaktion der beiden Proteine untereinander entdeckt. Die Reaktion wurde im Weiteren mit Elektroden kombiniert und so eine Fruktose-abhängige Stromantwort detektiert. Darüber hinaus konnten definierte dreidimensionale Sensorarchitekturen der beiden Proteine, mit Hilfe von DNA als zusätzlichen biologischen Baustein erzeugt und für die Sensorik genutzt werden. N2 - With regard to sensor application, flavin-dependent fructose dehydrogenase (FDH) and the redox protein cytochrome c (cyt c) were examined for a better understanding of electron transfer (ET) pathways. First, two different pH optima could be determined for the reaction of both proteins. A fructose-dependent signal can be achieved on a cyt c electrode with adsorbed FDH as well as with the enzyme in solution. Furthermore, fructose sensors could be produced using a defined arrangement of cyt c and FDH by the layer-by-layer technique with DNA as a second building block. Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-9379 SN - 0949-8214 VL - 21 SP - 13 EP - 21 ER - TY - GEN A1 - Stieger, Kai Ralf A1 - Feifel, Sven Christian A1 - Lokstein, Heiko A1 - Hejazi, Mahdi A1 - Zouni, Athina A1 - Lisdat, Fred T1 - Biohybride Architekturen für eine effiziente Umwandlung von Licht in elektrische Energie durch Integration von Photosystem I in skalierbare mesoporöse 3D Elektroden T2 - Wissenschaftliche Beiträge 2018 N2 - Die Kombination von fortschrittlichen Materialien und kontrolliertem Oberflächendesign mit komplexen Proteinen aus der natürlichen Photosynthese ist derzeit eines der Hauptthemen bei der Entwicklung von Biohybridsystemen und Biophotovoltaik. In dieser Studie werden transparente makroporöse Indium-Zinn-Oxid-(μITO-) Elektroden mit dem trimeren Superkomplex Photosystem I (PSI) aus dem Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus sowie dem kleinen Redoxprotein Cytochrom c (Cyt c) kombiniert, um neuartige und effiziente biohybride Photokathoden herzustellen. Mit diesen bis zu 40 μm hohen 3D-Strukturen können beide Proteine in einer annähernden Monolage abgeschieden werden und die elektrische Kommunikation mit der Elektrode kann erzielt werden. Der generierte Photostrom folgt dabei linear der kontrollierbaren Schichtdicke der μITO-Elektrode, wobei Stromdichten von bis zu 150 μA cm –2 erhalten werden. Eine effiziente elektrische Kopplung der Proteine kann durch die hohe interne Quanteneffizienz von 30 % gezeigt werden. N2 - The combination of advanced materials and a controlled surface design with complex proteins from natural photosynthesis is currently one of the major topics in the development of biohybrid systems and biophotovoltaic devices. In this study, transparent macroporous indium tin oxide (μITO) electrodes are combined with the trimeric supercomplex, Photosystem I (PSI) from the cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus, and the small redox protein cytochrome c (cyt c) to create novel and efficient biohybrid photocathodes. With these 3D structures up to 40 μm in size, both proteins can be deposited in a monolayer fashion and electrical communication with the electrode can be established. The generated photocurrent linearly follows the controllable layer thickness of the μITO electrode up to 40 μm, whereby current densities of up to 150 μA cm –2 are obtained. An efficient electrical coupling of the proteins can be demonstrated by the high internal quantum efficiency of 30 %. Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:526-opus4-10220 SN - 0949-8214 VL - 22 SP - 17 EP - 24 ER -