Functionalization of diamond surfaces for biosensor applications

• Antragsteller: Professor Dr. Jose A. Garrido; Professor Dr. Rainer Jordan
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 51175491

In diesem Projekt sollen mittels neuartiger chemischer Funktionalisierung von Diamantoberflächen, enzymbasierte Funktionsschichten für die Biosensorik entwickelt werden. Diamantoberflächen sind aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität, physikalischen Härte, Leitfähigkeit und Biokompatibilität ideale Substrate für die Integration von biochemischen und elektronischen Systemen. Unser jüngst entwickeltes Verfahren zur Herstellung von C-C gekoppelten selbstorganisierten Monolagen (engl.: self-assembled monolayers; SAMs) aus Aryldiazoniumsalzen auf Diamantoberflächen soll zur Herstellung von biofunktionalisierten organischen Schichtsystemen für die Biosensorik genutzt werden. Erster Gegenstand der Forschung ist, den genaueren Mechanismus der Pfropfungsreaktion der aromatischen Diazoniumsalze und deren Assemblierung besser zu verstehen und die Monolagenbildung als Funktion der 4’-Substitution der Biphenylderivate zu untersuchen. Diese Ergebnisse werden uns die Herstellung von Diamantoberflächen mit unterschiedlichen chemischen Funktionalitäten und Eigenschaften ermöglichen. Des Weiteren werden diese Studien die Grundlage zur Herstellung von gemischten sowie strukturierten Monolagen bilden um die laterale Dichte und Heterogenität der Pfropfungspunkte für Biomoleküle gezielt kontrollieren zu können. Im zweiten Teil dieses Projektes sollen Polymerbürsten auf Diamant mittels oberflächeninitiierter Polymerisation entwickelt werden. Hierbei dienen die definierten SAMs als maßgeschneiderte 2D-Template (homogen, gemischt, strukturiert) um Pfropfungsort und –dichte der Polymerbürsten einzustellen. Die signifikant erhöhte Funktionalität oberflächengepfropfter Polymere erlaubt die Anbindung einer ungleich höheren Anzahl an Biomolekülen (Enzymen)/Fläche was eine dramatische Verbesserung der Empfindlichkeit der Biosensoren erwarten lässt. Das Projekt zielt auf eine Integration der Pfropfungsmethoden mit geeigneten elektrochemischen Detektionsverfahren mit besonderem Augenmerk auf: i) diamantbasierte Elektrodenarrays für die amperometrische Detektion sowie ii) Feldeffekt pH und Ionensensoren zur Nutzung der inhärenten Sensitivität von Diamant gegenüber lokalen Ladungsänderungen. Für beide Detektionsverfahren können mit Hilfe der vorgeschlagenen Synthesestrategie die Orientierung, Dichte und Abstand der Biomoleküle zur Grenzfläche in einem weiten Bereich zur Sensoroptimierung eingestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen