Neuartige Elektroden basierend auf Polymerbürsten-modifizierten und Enzym-beladenen Kohlenstoffpartikeln für die elektrochemische Biosensorik

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Leonid Ionov; Privatdozentin Dr. Alla Synytska
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444275765

Die Entwicklung von amperometrischen, enzymbasierten Biosensoren ist von entscheidender Bedeutung für die medizinische Diagnostik, zur Kontrolle von Gesundheits- und Umweltparametern, sowie für die Lebensmittel- und Wirkstoffanalyse. Das Leistungsvermögen dieser Sensoren wird dabei stark davon beeinflusst, wie die Enzyme in der Arbeitselektrode eingebunden werden. Geläufige Methoden für den Einbau von Enzymen weisen erhebliche Nachteile auf, wie beispielsweise eine geringe Ladedichte, das Auftreten von Enzymdenaturierung und eine komplexe Herstellungsweise. Das Ziel dieses Projekts besteht in der Entwicklung neuartiger bioaktiver Materialien basierend auf mit Enzymen beladenen, Polymerbürsten-modifizierten Kohlenstoff-Partikeln sowie deren Einsatz als Arbeitselektroden. Die Polymerbürstenschicht, die den Kohlenstoffkern umhüllt, erlaubt dabei sehr hohe Enzym-Beladungskapazitäten.Um dieses Ziel zu erreichen, werden im Rahmen des Projekts (i) Methoden für die Immobilisierung von Polymerbürsten auf Kohlenstoffpartikeln entwickelt; (ii) die Immobilisierung von Enzymen an die Polymerbürstenschicht sowie der Einfluss ihrer chemischen Zusammensetzung, der Pfropfdichte und der Polymerkettenlänge auf die Menge und Aktivität des immobilisierten Enzyms untersucht; (iii) Elektroden hergestellt, der Einfluss der Partikelarchitektur auf die elektrische Leitfähigkeit der gedruckten Partikelschicht erforscht, und der Einfluss von Partikelarchitektur und Druckprozess auf die Stabilität und Aktivität der Enzyme beurteilt; sowie (iv) der Einfluss der Partikelarchitektur auf das elektrochemische Verhalten der gedruckten Elektroden untersucht. Alle Arbeiten werden in enger Kooperation zwischen dem IPF Dresden und den Gruppen aus Bayreuth durchgeführt.Das Projekt ermöglicht Erkenntnisse zum Verhalten von Enzymen, die an Polymerbürsten-modifizierte Kohlenstoff-Partikel immobilisiert werden, und ein fundamentales Verständnis des Masse-Ladungs-Transports in elektrisch leitfähigen Partikel-Bürsten-Enzym-Schichten. Langfristig betrachtet werden die erreichten Ergebnisse daher eine hohe Relevanz für die Verbesserung der Empfindlichkeit von elektrochemischen Sensoren und deren Miniaturisierung besitzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen