@phdthesis{Naseri2018,
  author    = {Naseri, Gita},
  title     = {Plant-derived transcription factors and their application for synthetic biology approaches in Saccharomyces cerevisiae},
  doi       = {10.25932/publishup-42151},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421514},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {187},
  year      = {2018},
  abstract  = {Bereits seit 9000 Jahren verwendet die Menschheit die B{\"a}ckerhefe Saccharomyces cerevisiae f{\"u}r das Brauen von Bier, aber erst seit 150 Jahren wissen wir, dass es sich bei diesem unerm{\"u}dlichen Helfer im Brauprozess um einzellige, lebende Organismen handelt. Und die B{\"a}ckerhefe kann noch viel mehr. Im Rahmen des Forschungsgebietes der Synthetischen Biologie soll unter anderem die B{\"a}ckerhefe als innovatives Werkzeug f{\"u}r die biobasierte Herstellung verschiedenster Substanzen etabliert werden. Zu diesen Substanzen z{\"a}hlen unter anderem Feinchemikalien, Biokraftstoffe und Biopolymere sowie pharmakologisch und medizinisch interessante Pflanzenstoffe. Damit diese verschiedensten Substanzen in der B{\"a}ckerhefe hergestellt werden k{\"o}nnen, m{\"u}ssen große Mengen an Produktionsinformationen zum Beispiel aus Pflanzen in die Hefezellen {\"u}bertragen werden. Dar{\"u}ber hinaus m{\"u}ssen die neu eingebrachten Biosynthesewege reguliert und kontrolliert in den Zellen ablaufen. Auch Optimierungsprozesse zur Erh{\"o}hung der Produktivit{\"a}t sind notwendig. F{\"u}r alle diese Arbeitsschritte mangelt es bis heute an anwendungsbereiten Technologien und umfassenden Plattformen. Daher wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit verschiedene Technologien und Plattformen zur Informations{\"u}bertragung, Regulation und Prozessoptimierung geplant und erzeugt. F{\"u}r die Konstruktion von Biosynthesewegen in der B{\"a}ckerhefe wurde als erstes eine Plattform aus neuartigen Regulatoren und Kontrollelementen auf der Basis pflanzlicher Kontrollelemente generiert und charakterisiert. Im zweiten Schritt erfolgte die Entwicklung einer Technologie zur kombinatorischen Verwendung der Regulatoren in der Planung und Optimierung von Biosynthesewegen (COMPASS). Abschließend wurde eine Technologie f{\"u}r die Prozessoptimierung der ver{\"a}nderten Hefezellen entwickelt (CapRedit). Die Leistungsf{\"a}higkeit der entwickelten Plattformen und Technologien wurde durch eine Optimierung der Produktion von Carotenoiden (Beta-Carotin und Beta-Ionon) und Flavonoiden (Naringenin) in Hefezellen nachgewiesen. Die im Rahmen der Arbeit etablierten neuartigen Plattformen und innovativen Technologien sind ein wertvoller Grundbaustein f{\"u}r die Erweiterung der Nutzbarkeit der B{\"a}ckerhefe. Sie erm{\"o}glichen den Einsatz der Hefezellen in kosteneffizienten Produktionswegen und alternativen chemischen Wertsch{\"o}pfungsketten. Dadurch k{\"o}nnen zum Beispiel Biokraftstoffe und pharmakologisch interessante Pflanzenstoffe unter Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen, Reststoffen und Nebenprodukten hergestellt werden. Dar{\"u}ber hinaus ergeben sich Anwendungsm{\"o}glichkeiten zur Bodensanierung und Wasseraufbereitung.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fandrich2016,
  author    = {Fandrich, Artur},
  title     = {Untersuchung des Verhaltens von thermoresponsiven Polymeren auf Elektroden in Interaktion mit biomolekularen Systemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396551},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {111},
  year      = {2016},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung von thermoresponsiven Filmen auf Goldelektroden durch Fixierung eines bereits synthetisierten thermoresponsiven Polymers. Als Basis f{\"u}r die Entwicklung der responsiven Grenzfl{\"a}che dienten drei unterschiedliche Copolymere (Polymere I, II und III) aus der Gruppe der thermisch schaltbaren Poly(oligo(ethylenglykol)methacrylate). Die turbidimetrischen Messungen der Copolymere in L{\"o}sungen haben gezeigt, dass der Tr{\"u}bungspunkt vom pH-Wert, der Gegenwart von Salzen sowie von der Ionenst{\"a}rke der L{\"o}sung abh{\"a}ngig ist. Nach der Charakterisierung der Polymere in L{\"o}sung wurden Experimente der kovalenten Kopplung der Polymere I bis III an die Oberfl{\"a}che der Gold-Elektroden durchgef{\"u}hrt. W{\"a}hrend bei Polymeren I und II die Ankopplung auf einer Amidverbr{\"u}ckung basierte, wurde bei Polymer III als alternative Methode zur Immobilisierung eine photoinduzierte Anbindung unter gleichzeitiger Vernetzung gew{\"a}hlt. Der Nachweis der erfolgreichen Ankopplung erfolgte bei allen Polymeren elektrochemisch mittels Cyclovoltammetrie und Impedanzspektroskopie in K3/4[Fe(CN)6]-L{\"o}sungen. Wie die Ellipsometrie-Messungen zeigten, waren die erhaltenen Polymer-Filme unterschiedlich dick. Die Ankopplung {\"u}ber Amidverbr{\"u}ckung lieferte d{\"u}nne Filme (10 - 15 nm), w{\"a}hrend der photovernetzte Film deutlich dicker war (70-80 nm) und die darunter liegende Oberfl{\"a}che relativ gut isolierte. Elektrochemische Temperaturexperimente an Polymer-modifizierten Oberfl{\"a}chen in L{\"o}sungen in Gegenwart von K3/4[Fe(CN)6] zeigten, dass auch die immobilisierten Polymere I bis III responsives Temperaturverhalten zeigen. Bei Elektroden mit den immobilisierten Polymeren I und II ist der Temperaturverlauf der Parameterwerte diskontinuierlich - ab einem kritischen Punkt (37 °C f{\"u}r Polymer I und 45 °C f{\"u}r Polymer II) wird zun{\"a}chst langsame Zunahme der Peakstr{\"o}me wird deutlich schneller. Das Temperaturverhalten von Polymer III ist dagegen bis 50 °C kontinuierlich, der Peakstrom sinkt hier durchgehend. Weiterhin wurde mit den auf Polymeren II und III basierten Elektroden deren Anwendung als responsive Matrix f{\"u}r Bioerkennungsreaktionen untersucht. Es wurde die Ankopplung von kleinen Biorezeptoren, TAG-Peptiden, an Polymer II- und Polymer III-modifizierten Elektroden durchgef{\"u}hrt. Das hydrophile FLAG-TAG-Peptid ver{\"a}ndert das Temperaturverhalten des Polymer II-Films unwesentlich, da es die Hydrophilie des Netzwerkes nicht beeinflusst. Weiterhin wurde der Effekt der Ankopplung der ANTI-FLAG-TAG-Antik{\"o}rper an FLAG-TAG-modifizierte Polymer II-Filme untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Antik{\"o}rper spezifisch an FLAG-TAG-modifiziertes Polymer II binden. Es wurde keine unspezifische Anbindung von ANTI-FLAG-TAG an Polymer II beobachtet. Die Temperaturexperimente haben gezeigt, dass die thermische Restrukturierung des Polymer II-FLAG-TAG-Filmes auch nach der Antik{\"o}rper-Ankopplung noch stattfindet. Der Einfluss der ANTI-FLAG-TAG-Ankopplung ist gering, da der Unterschied in der Hydrophilie zwischen Polymer II und FLAG-TAG bzw. ANTI-FLAG-TAG zu gering ist. F{\"u}r die Untersuchungen mit Polymer III-Elektroden wurde neben dem hydrophilen FLAG-TAG-Peptid das deutlich hydrophobere HA-TAG-Peptid ausgew{\"a}hlt. Wie im Falle der Polymer II Elektrode beeinflusst das gekoppelte FLAG-TAG-Peptid das Temperaturverhalten des Polymer III-Netzwerkes nur geringf{\"u}gig. Die gemessenen Stromwerte sind geringer als bei der Polymer III-Elektrode. Das Temperaturverhalten der FLAG-TAG-Elektrode {\"a}hnelt dem der reinen Polymer III-Elektrode - die Stromwerte sinken kontinuierlich bis die Temperatur von ca. 40 °C erreicht ist, bei der ein Plateau beobachtet wird. Offensichtlich ver{\"a}ndert FLAG-TAG auch in diesem Fall nicht wesentlich die Hydrophilie des Polymer III-Netzwerkes. Das an Polymer III-Elektroden gekoppelte hydrophobe HA-TAG-Peptid beeinflusst dagegen im starken Maße den Quellzustand des Netzwerkes. Die Str{\"o}me f{\"u}r die HA-TAG-Elektroden sind deutlich geringer als die f{\"u}r die FLAG-TAG-Polymer III-Elektroden, was auf geringeren Wassergehalt und dickeren Film zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Bereits ab 30 °C erfolgt der Anstieg von Stromwerten, der bei Polymer III- bzw. bei Polymer III-FLAG-TAG-Elektroden nicht beobachtet werden kann. Das gekoppelte hydrophobe HA-TAG-Peptid verdr{\"a}ngt Wasser aus dem Polymer III-Netzwerk, was in der Stauchung des Films bereits bei Raumtemperatur resultiert. Dies f{\"u}hrt dazu, dass der Film im Laufe des Temperaturanstieges kaum noch komprimiert. Die Stromwerte steigen in diesem Fall entsprechend des Anstiegs der temperaturabh{\"a}ngigen Diffusion des Redoxpaares. Diese Untersuchungen zeigen, dass das HA-TAG-Peptid als Ankermolek{\"u}l deutlich besser f{\"u}r eine potentielle Verwendung der Polymer III-Filme f{\"u}r sensorische Zwecke geeignet ist, da es sich deutlich in der Hydrophilie von Polymer III unterscheidet.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wettstein2015,
  author    = {Wettstein, Christoph},
  title     = {Cytochrome c-DNA and cytochrome c-enzyme interactions for the construction of analytical signal chains},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-78367},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {120},
  year      = {2015},
  abstract  = {Electron transfer (ET) reactions play a crucial role in the metabolic pathways of all organisms. In biotechnological approaches, the redox properties of the protein cytochrome c (cyt c), which acts as an electron shuttle in the respiratory chain, was utilized to engineer ET chains on electrode surfaces. With the help of the biopolymer DNA, the redox protein assembles into electro active multilayer (ML) systems, providing a biocompatible matrix for the entrapment of proteins. In this study the characteristics of the cyt c and DNA interaction were defined on the molecular level for the first time and the binding sites of DNA on cyt c were identified. Persistent cyt c/DNA complexes were formed in solution under the assembly conditions of ML architectures, i.e. pH 5.0 and low ionic strength. At pH 7.0, no agglomerates were formed, permitting the characterization of the NMR spectroscopy. Using transverse relaxation-optimized spectroscopy (TROSY)-heteronuclear single quantum coherence (HSQC) experiments, DNAs' binding sites on the protein were identified. In particular, negatively charged AA residues, which are known interaction sites in cyt c/protein binding were identified as the main contact points of cyt c and DNA. Moreover, the sophisticated task of arranging proteins on electrode surfaces to create functional ET chains was addressed. Therefore, two different enzyme types, the flavin dependent fructose dehydrogenase (FDH) and the pyrroloquinoline quinone dependent glucose dehydrogenase (PQQ-GDH), were tested as reaction partners of freely diffusing cyt c and cyt c immobilized on electrodes in mono- and MLs. The characterisation of the ET processes was performed by means of electrochemistry and the protein deposition was monitored by microgravimetric measurements. FDH and PQQ-GDH were found to be generally suitable for combination with the cyt c/DNA ML system, since both enzymes interact with cyt c in solution and in the immobilized state. The immobilization of FDH and cyt c was achieved with the enzyme on top of a cyt c monolayer electrode without the help of a polyelectrolyte. Combining FDH with the cyt c/DNA ML system did not succeed, yet. However, the basic conditions for this protein-protein interaction were defined. PQQ-GDH was successfully coupled with the ML system, demonstrating that that the cyt c/DNA ML system provides a suitable interface for enzymes and that the creation of signal chains, based on the idea of co-immobilized proteins is feasible. Future work may be directed to the investigation of cyt c/DNA interaction under the precise conditions of ML assembly. Therefore, solid state NMR or X-ray crystallography may be required. Based on the results of this study, the combination of FDH with the ML system should be addressed. Moreover, alternative types of enzymes may be tested as catalytic component of the ML assembly, aiming on the development of innovative biosensor applications.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Memczak2014,
  author    = {Memczak, Henry},
  title     = {Entwicklung influenzabindender Peptide f{\"u}r die Biosensorik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-72470},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {X, 117},
  year      = {2014},
  abstract  = {Das Influenzavirus infiziert S{\"a}ugetiere und V{\"o}gel. Der erste Schritt im Infektionszyklus ist die Anbindung des Viruses {\"u}ber sein Oberfl{\"a}chenprotein H{\"a}magglutinin (HA) an Zuckerstrukturen auf Epithelzellen des respiratorischen Traktes im Wirtsorganismus. Aus den drei komplementarit{\"a}tsbestimmenden Regionen (complementarity determining regions, CDRs) der schweren Kette eines monoklonalen H{\"a}magglutinin-bindenden Antik{\"o}rpers wurden drei lineare Peptide abgeleitet. Die Bindungseigenschaften der drei Peptide wurden experimentell mittels Oberfl{\"a}chenplasmonenresonanzspektroskopie untersucht. Es zeigte sich, dass in {\"U}bereinstimmung mit begleitenden Molekulardynamik-Simulationen zwei der drei Peptide (PeB und PeC) analog zur Bindef{\"a}higkeit des Antik{\"o}rpers in der Lage sind, Influenzaviren vom Stamm X31 (H3N2 A/Aichi/2/1968) zu binden. Die Interaktion des Peptids PeB, welches potentiell mit der konservierten Rezeptorbindestelle im HA interagiert, wurde anschließend n{\"a}her charakterisiert. Die Detektion der Influenzaviren war unter geeigneten Immobilisationsbedingungen im diagnostisch relevanten Bereich m{\"o}glich. Die Spezifit{\"a}t der PeB-Virus-Bindung wurde mittels geeigneter Kontrollen auf der Seite des Analyten und des Liganden nachgewiesen. Des Weiteren war das Peptid PeB in der Lage die Bindung von X31-Viren an Mimetika seines nat{\"u}rlichen Rezeptors zu inhibieren, was die spezifische Interaktion mit der Rezeptorbindungsstelle im H{\"a}magglutinin belegt. Anschließend wurde die Prim{\"a}rsequenz von PeB durch eine vollst{\"a}ndige Substitutionsanalyse im Microarray-Format hinsichtlich der Struktur-Aktivit{\"a}ts-Beziehungen charakterisiert. Dies f{\"u}hrte außerdem zu verbesserten Peptidvarianten mit erh{\"o}hter Affinit{\"a}t und breiterer Spezifit{\"a}t gegen aktuelle Influenzast{\"a}mme verschiedener Serotypen (z.B. H1N1/2009, H5N1/2004, H7N1/2013). Schließlich konnte durch Verwendung einer in der Prim{\"a}rsequenz angepassten h{\"o}her affinen Peptidvariante die Influenzainfektion in vitro inhibiert werden. Damit stellen die vom urspr{\"u}nglichen Peptid PeB abgeleiteten Varianten Rezeptormolek{\"u}le in biosensorischen Testsystemen sowie potentielle Wirkstoffe dar.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Frasca2012,
  author    = {Frasca, Stefano},
  title     = {Biocatalysis on nanostructured surfaces : investigation and application of redox proteins using spectro-electrochemical methods},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-58131},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {In this thesis, different aspects within the research field of protein spectro- and electro-chemistry on nanostructured materials are addressed. On the one hand, this work is related to the investigation of nanostructured transparent and conductive metal oxides as platform for the immobilization of electroactive enzymes. On the other hand the second part of this work is related to the immobilization of sulfite oxidase on gold nanoparticles modified electrode. Finally direct and mediated spectroelectrochemistry protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and its high homologues the mouse aldehyde oxidase homolog 1. Stable immobilization and reversible electrochemistry of cytochrome c in a transparent and conductive tin-doped and tin-rich indium oxide film with a well-defined mesoporosity is reported. The transparency and good conductivity, in combination with the large surface area of these materials, allow the incorporation of a high amount of electroactive biomolecules (between 250 and 2500 pmol cm-2) and their electrochemical and spectroscopic investigation. Both, the electrochemical behavior and the immobilization of proteins are influenced by the geometric parameters of the porous material, such as the structure and pore shape, the surface chemistry, as well as the protein size and charge. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, are employed for the characterization of cytochrome c immobilized in the mesoporous indium tin oxide and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. A long term protein immobilization is reached using these unmodified mesoporous indium oxide based materials, i.e. more than two weeks even at high ionic strength. The potential of this modified material as an amperometric biosensor for the detection of superoxide anions is demonstrated. A sensitivity of about 100 A M-1 m-2, in a linear measuring range of the superoxide concentration between 0.13 and 0.67 μM, is estimated. In addition an electrochemical switchable protein-based optical device is designed with the core part composed of cytochrome c immobilized on a mesoporous indium tin oxide film. A color developing redox sensitive dye is used as switchable component of the system. The cytochrome c-catalyzed oxidation of the dye by hydrogen peroxide is spectroscopically investigated. When the dye is co-immobilized with the protein, its redox state is easily controlled by application of an electrical potential at the supporting material. This enables to electrochemical reset the system to the initial state and repetitive signal generation. The case of negative charged proteins, which does not have a good interaction with the negative charged indium oxide based films, is also explored. The modification of an indium tin oxide film with a positive charged polymer and the employment of a antimony doped tin oxide film were investigated in this work in order to overcome the repulsion induced by similar charges of the protein and electrode. Human sulfite oxidase and its separated heme-containing domain are able to direct exchange electrons with the supporting material. A study of a new approach for sulfite biosensing, based on enhanced direct electron transfer of a human sulfite oxidase immobilized on a gold nanoparticles modified electrode is reported. The spherical gold nanoparticles were prepared via a novel method by reduction of HAuCl4 with branched poly(ethyleneimine) in an ionic liquid resulting in particles of about 10 nm in hydrodynamic diameter. These nanoparticles were covalently attached to a mercaptoundecanoic acid modified Au-electrode and act as platform where human sulfite oxidase is adsorbed. An enhanced interfacial electron transfer and electrocatalysis is therefore achieved. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, were employed for the characterization of the system and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. The proposed biosensor exhibited a quick steady-state current response, within 2 s and a linear detection range between 0.5 and 5.4 μM with high sensitivity (1.85 nA μM-1). The investigated system provides remarkable advantages, since it works at low applied potential and at very high ionic strength. Therefore these properties could make the proposed system useful in the development of bioelectronic devices and its application in real samples. Finally protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and the mouse aldehyde oxidase homolog 1 were spectroelectrochemically studied. It could be demonstrated that different cofactors present in the protein structure, like the FAD and the molybdenum cofactor, are able to directly exchange electrons with an electrode and are displayed as a single peak in a square wave voltammogram. Protein mutants bearing a serine substituted to the cysteines, bounding to the most exposed iron sulfur cluster additionally showed direct electron transfer which can be attributable to this cluster. On the other hand a mediated spectroelectrochemical titration of the protein bound FAD cofactor was performed in presence of transparent iron and cobalt complex mediators. The results showed the formation of the stable semiquinone and the fully reduced flavin. Two formal potentials for each single electron exchange step were then determined.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wegerich2010,
  author    = {Wegerich, Franziska},
  title     = {Engineered human cytochrome c : investigation of superoxide and protein-protein interaction and application in bioelectronic systems},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-50782},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2010},
  abstract  = {The aim of this thesis is the design, expression and purification of human cytochrome c mutants and their characterization with regard to electrochemical and structural properties as well as with respect to the reaction with the superoxide radical and the selected proteins sulfite oxidase from human and fungi bilirubin oxidase. All three interaction partners are studied here for the first time with human cyt c and with mutant forms of cyt c. A further aim is the incorporation of the different cyt c forms in two bioelectronic systems: an electrochemical superoxide biosensor with an enhanced sensitivity and a protein multilayer assembly with and without bilirubin oxidase on electrodes. The first part of the thesis is dedicated to the design, expression and characterization of the mutants. A focus is here the electrochemical characterization of the protein in solution and immobilized on electrodes. Further the reaction of these mutants with superoxide was investigated and the possible reaction mechanisms are discussed. In the second part of the work an amperometric superoxide biosensor with selected human cytochrome c mutants was constructed and the performance of the sensor electrodes was studied. The human wild-type and four of the five mutant electrodes could be applied successfully for the detection of the superoxide radical. In the third part of the thesis the reaction of horse heart cyt c, the human wild-type and seven human cyt c mutants with the two proteins sulfite oxidase and bilirubin oxidase was studied electrochemically and the influence of the mutations on the electron transfer reactions was discussed. Finally protein multilayer electrodes with different cyt form including the mutant forms G77K and N70K which exhibit different reaction rates towards BOD were investigated and BOD together with the wild-type and engineered cyt c was embedded in the multilayer assembly. The relevant electron transfer steps and the kinetic behavior of the multilayer electrodes are investigated since the functionality of electroactive multilayer assemblies with incorporated redox proteins is often limited by the electron transfer abilities of the proteins within the multilayer. The formation via the layer-by-layer technique and the kinetic behavior of the mono and bi-protein multilayer system are studied by SPR and cyclic voltammetry. In conclusion this thesis shows that protein engineering is a helpful instrument to study protein reactions as well as electron transfer mechanisms of complex bioelectronic systems (such as bi-protein multilayers). Furthermore, the possibility to design tailored recognition elements for the construction of biosensors with an improved performance is demonstrated.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Loew2008,
  author    = {Loew, Noya},
  title     = {Meerrettich Peroxidase : Modifikationen und Anwendungen in Biosensoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-18430},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {Biosensoren werden oft f{\"u}r die Messung einzelner Substanzen in komplexen Medien verwendet, wie z.B. bei der Blutzuckerbestimmung. Sie bestehen aus einem physikochemischen Sensor, dem Transduktionselement, und einer darauf immobilisierten biologischen Komponente, dem Erkennungselement. In dieser Arbeit wurde als Transduktionselement eine Elektrode und als Biokomponente das Enzym „Meerrettich Peroxidase" (engl. horseradish peroxidase, HRP) verwendet. Solche HRP-Elektroden werden f{\"u}r die Messung von Wasserstoffperoxid (H2O2) eingesetzt. H2O2 wird im K{\"o}rper von weißen Blutk{\"o}rperchen produziert, um Bakterien abzut{\"o}ten, wird teilweise ausgeatmet und kann in kondensierter Atemluft nachgewiesen werden. Da viele weiße Blutk{\"o}rperchen bei einer Chemotherapie abget{\"o}tet und dadurch die Patienten anf{\"a}lliger f{\"u}r Infektionen werden, muss ihre Anzahl regelm{\"a}ßig {\"u}berwacht werden. Dazu wird zurzeit Blut abgenommen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde untersucht, ob eine {\"U}berwachung der Anzahl an weißen Blutk{\"o}rperchen ohne Blutabnahme durch eine H2O2-Messung erfolgen kann. Ein direkter Zusammenhang zwischen der ausgeatmeten H2O2-Menge und der Zahl der weißen Blutk{\"o}rperchen konnte dabei nicht festgestellt werden. F{\"u}r empfindliche H2O2-Messungen mit einer HRP-Elektrode ist ein schneller Austausch von Elektronen zwischen der Elektrode und dem Enzym notwendig. Eine Vorraussetzung daf{\"u}r ist eine kurze Distanz zwischen dem aktiven Zentrum des Enzyms und der Elektrodenoberfl{\"a}che. Um einen kurzen Abstand zu erreichen wurden im zweiten Teil dieser Arbeit verschiedene por{\"o}se graphit{\"a}hnliche Materialien aus pyrolysierten Kobalt-Porphyrinen f{\"u}r die Elektrodenherstellung verwendet. Dabei stellte sich heraus, dass eines der untersuchten Materialien, welches Poren von etwa der Gr{\"o}ße eines Enzyms hat, Elektronen etwa 200mal schneller mit dem Enzym austauscht als festes Graphit. Die HRP selbst enth{\"a}lt in seinem aktiven Zentrum ein Eisen-Protoporphyrin, also ein aus vier Ringen bestehendes flaches Molek{\"u}l mit einem Eisenatom im Zentrum. Reagiert die HRP mit H2O2, so entzieht es dem Peroxid zwei Elektronen. Eines dieser Elektronen wird am Eisen, das andere im Ringsystem zwischengespeichert, bevor sie an ein anderes Molek{\"u}l oder an die Elektrode weitergegeben werden. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das Eisen durch Osmium ausgetauscht. Das so ver{\"a}nderte Enzym entzieht Peroxiden nur noch ein Elektron. Dadurch reagiert es zwar langsamer mit Wasserstoffperoxid, daf{\"u}r aber schneller mit tert-Butylhydroperoxid, einem organischen Vertreter der Peroxid-Familie.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Rajkumar2007,
  author    = {Rajkumar, Rajagopal},
  title     = {Development of a thermometric sensor for fructosyl valine and fructose using molecularly imprinted polymers as a recognition element},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-17272},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Nature has always served as a model for mimicking and inspiration to humans in their efforts to improve their life. Researchers have been inspired by nature to produce biomimetic materials with molecular recognition properties by design rather than evolution. Molecular imprinting is one way to prepare such materials. Such smart materials with new functionalities are at the forefront of the development of a relevant number of ongoing and perspective applications ranging from consumer to space industry. Molecularly imprinted polymers were developed by mimicking the natural enzymes or antibodies that serve as host for binding target molecules. These imprints were used as a recognition element to substitute natural biomolecules in biosensors. The concept behind molecular imprinting is to mold a material (with the desired chemical properties) around individual molecules. Upon removal of the molecular templates, one is left with regions in the molded material that fit the shape of the template molecules. Thus, molecular imprinting results in materials that can selectively bind to molecules of interest. Imprinted materials resulted in applications ranging from chemical separation to bioanalytics. In this work attempts were made particularly in the development of molecularly imprinted polymer based thermometric sensors. The main effort was focused towards the development of an covalently imprinted polymer that would be able to selectively bind fructosyl valine (Fru-Val), the N-terminal constituent of hemoglobin A1c ß-chains. Taking into account the known advantages of imprinted polymers, e.g. robustness, thermal and chemical stability, imprinted materials were successfully used as a recognition element in the sensor. One of the serious problems associated with the development of MIP sensors and which lies in the absence of a generic procedure for the transformation of the polymer-template binding event into a detectable signal has been addressed by developing the "thermometric" approach. In general the developed approach gives a new insight on MIP/Analyte interactions.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Beissenhirtz2005,
  author    = {Beissenhirtz, Moritz Karl},
  title     = {Proteinmultischichten und Proteinmutanten f{\"u}r neuartige empfindliche Superoxidbiosensoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-5661},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Das Superoxidradikal kann mit fast allen Bestandteilen von Zellen reagieren und diese sch{\"a}digen. Die medizinische Forschung stellte eine Beteiligung des Radikals an Krebs, Herzinfarkten und neuraler Degeneration fest. Ein empfindlicher Superoxidnachweis ist daher zum besseren Verst{\"a}ndnis von Krankheitsverl{\"a}ufen wichtig. Dabei stellen die geringen typischen Konzentrationen und seine kurze Lebensdauer große Anforderungen. Ziel dieser Arbeit war es zum einen, zwei neuartige Proteinarchitekturen auf Metallelektroden zu entwickeln und deren elektrochemisches Ansprechverhalten zu charakterisieren. Zum anderen waren diese Elektroden zur empfindlichen quantitativen Superoxiddetektion einzusetzen. Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Protein-Multischichtelektrode aus Cytochrom c und dem Polyelektrolyten Poly(anilinsulfons{\"a}ure) nach dem Layer-by-layer-Verfahren aufgebaut. F{\"u}r zwei bis 15 Schichten an Protein wurde eine deutliche Zunahme an elektrodenaktivem Cytochrom c mit jedem zus{\"a}tzlichen Aufbringungsschritt nachgewiesen. Die Zunahme verlief linear und ergab bei 15 Schichten eine Zunahme der redoxaktiven Proteinmenge um deutlich mehr als eine Gr{\"o}ßenordnung. W{\"a}hrend das formale Potential im Multischichtsystem sich im Vergleich zur Monoschichtelektrode nicht ver{\"a}nderte, wurde f{\"u}r die Kinetik eine Abh{\"a}ngigkeit der Geschwindigkeit des Elektronentransfers von der Zahl der Proteinschichten beobachtet. Mit zunehmender Scangeschwindigkeit trat ein reversibler Kontaktverlust zu den {\"a}ußeren Schichten auf. Die lineare Zunahme an elektroaktivem Protein mit steigender Zahl an Depositionsschritten unterscheidet sich deutlich von in der Literatur beschriebenen Protein/Polyelektrolyt-Multischichtelektroden, bei denen ab etwa 6-8 Schichten keine Zunahme an elektroaktivem Protein mehr festgestelltwurde. Auch ist bei diesen die Zunahme an kontaktierbaren Proteinmolek{\"u}len auf das Zwei- bis F{\"u}nffache limitiert. Diese Unterschiede des neu vorgestellten Systems zu bisherigen Multischichtassemblaten erkl{\"a}rt sich aus einem in dieser Arbeit f{\"u}r derartige Systeme erstmals beschriebenen Elektronentransfermechanismus. Der Transport von Elektronen zwischen der Elektrodenoberfl{\"a}che und den Proteinmolek{\"u}len in den Schichten verl{\"a}uft {\"u}ber einen Protein-Protein-Elektronenaustausch. Dieser Mechanismus beruht auf dem schnellen Selbstaustausch von Cytochrom c-Molek{\"u}len und einer verbleibenden Rotationsflexibilit{\"a}t des Proteins im Multischichtsystem. Die Reduzierung des Proteins durch das Superoxidradikal und eine anschließende Reoxidation durch die Elektrode konnten nachgewiesen werden. In einem amperometrischen Messansatz wurde das durch Superoxidradikale hervorgerufene elektrochemische Signal in Abh{\"a}ngigkeit von der Zahl an Proteinschichten gemessen. Ein maximales Ansprechverhalten auf das Radikal wurde mit 6-Schichtelektroden erzielt. Die Empfindlichkeit der 6-Schichtelektroden wurde im Vergleich zum Literaturwert der Monoschichtelektrode um Faktor 14, also mehr als eine Gr{\"o}ßenordnung, verbessert. Somit konnte eine Elektrode mit 6 Schichten aus Cytochrom c und Poly(anilinsulfons{\"a}ure) als neuartiger Superoxidsensor mit einer 14-fachen Verbesserung der Empfindlichkeit im Vergleich zum bislang benutzten System entwickelt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Auswahl, Gewinnung und Charakterisierung von Mutanten des Proteins Cu,Zn-Superoxiddismutase zur elektrochemischen Quantifizierung von Superoxidradikalen. Monomere Mutanten des humanen dimeren Enzyms wurden entworfen, die durch Austausch von Aminos{\"a}uren ein oder zwei zus{\"a}tzliche Cysteinreste besaßen, mit welchem sie direkt auf der Goldelektrodenoberfl{\"a}che chemisorbieren sollten. 6 derartige Mutanten konnten in ausreichender Menge und Reinheit in aktiver Form gewonnen werden. Die Bindung der Superoxiddismutase-Mutanten an Goldoberfl{\"a}chen konnte durch Oberfl{\"a}chen-plasmonresonanz und Impedanzspektroskopie nachgewiesen werden. Alle Mutanten wiesen einen quasi-reversiblen Elektronentransfer zwischen SOD und Elektrode auf. Durch Untersuchung von kupferfreien SOD-Mutanten sowie des Wildtyps konnte nachgewiesen werden, das die Mutanten {\"u}ber die eingef{\"u}gten Cysteinreste auf der Elektrode chemisorptiv gebunden wurden und der Elektronentransfer zwischen der Elektrode und dem Kupfer im aktiven Zentrum der SOD erfolgte. Die Superoxiddismutase katalysiert die Zersetzung von Superoxidmolek{\"u}len durch Oxidation und durch Reduktion der Radikale. Somit sind beide Teilreaktionen von analytischem Interesse. Zyklovoltammetrisch konnte sowohl die Oxidation als auch die Reduktion des Radikals durch die immobilisierten Superoxiddismutase-Mutanten nachgewiesen werden. In amperometrischen Messanordnungen konnten beide Teilreaktionen zur analytischen Quantifizierung von Superoxidradikalen genutzt werden. Im positiven Potentialfenster wurde die Empfindlichkeit um einen Faktor von etwa 10 gegen{\"u}ber der Cytochrom c-Monoschichtelektrode verbessert.},
  subject      = {Biosensor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Streffer2002,
  author    = {Streffer, Katrin},
  title     = {Highly sensitive measurements of substrates and inhibitors on the basis of tyrosinase sensors and recycling systems},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000632},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2002},
  abstract  = {Analytische Chemie heute meint nicht l{\"a}nger nur die große Messtechnik, die zeit- und kostenintensiv ist, die außerdem nur von qualifiziertem Personal zu bedienen ist und deren Resultate nur durch dieses Personal auswertbar sind. Meist erfordert diese sagen wir 'klassische analytische Messtechnik' auch noch spezielle R{\"a}umlichkeiten und oft eine relative große Menge an speziell vorbereiteten Proben. Neben dieser klassischen analytischen Messtechnik hat sich besonders in den letzten Jahren eine auf bestimmte Stoffgruppen und Anforderungen zugeschnittene Messtechnik durchgesetzt, die oft auch durch einen Laien bedient werden kann. Meist sind es sehr kleine Ger{\"a}te. Auch die ben{\"o}tigten Probenvolumina sind klein und eine spezielle Probenvorbereitung ist nicht erforderlich. Ausserdem sind die Ger{\"a}te einfach zu handhaben, billig sowohl in ihrer Herstellung als auch im Gebrauch und meist erlauben sie sogar eine kontinuierliche Messwerterfassung. Zahlreiche dieser in den letzten Jahren entwickelten Ger{\"a}te greifen zur{\"u}ck auf 40 Jahre Forschung auf dem Gebiet der Biosensorik. Seit Clark und Lyons im Jahr 1962 in der Lage waren, mit einer einfachen Sauerstoffelektrode, erg{\"a}nzt durch ein Enzym, Glucose zu messen, war die Entwicklung neuer Messtechnik nicht mehr aufzuhalten. Biosensoren, spezielle Messf{\"u}hler, die aus einer Kombination aus biologischer Komponente (erlaubt eine spezifische Erkennung des Analyten auch ohne vorherige Reinigung der Probe) und einem physikalischen Messf{\"u}hler (wandelt den prim{\"a}ren physikochemischen Effekt in ein elektronisch messbares Signal um) bestehen, eroberten den Markt. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden verschiedene Tyrosinasesensoren entwickelt, die je nach Herkunft und Eigenschaften der verwendeten Tyrosinase unterschiedliche Anforderungen erf{\"u}llen. Beispielsweise wurde einer dieser Tyrosinasesensoren f{\"u}r die Bestimmung phenolischer Verbindungen in Fluss- und Seewasserproben eingesetzt, und die mit diesem Sensor gemessenen Ergebnisse konnten sehr gut mit dem entsprechenden DIN-Test zur Bestimmung phenolischer Verbindungen korreliert werden. Ein anderer entwickelter Sensor zeigte eine sehr hohe Empfindlichkeit f{\"u}r Catecholamine, Substanzen die speziell in der medizinischen Diagnostik von Wichtigkeit sind. Ausserdem zeigten die ebenfalls im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgef{\"u}hrten Untersuchungen zweier verschiedener Tyrosinasen, dass, will man in Zukunft noch empfindlichere Tyrosinasesensoren entwickeln, eine spezielle Tyrosinase (Tyrosinase aus Streptomyces antibioticus) die bessere Wahl sein wird, als die bisher im Bereich der Biosensorforschung verwendete Tyrosinase aus Agaricus bisporus. Desweiteren wurden erste Erfolge auf molekularbiologischem Gebiet erreicht, das heisst, dass Tyrosinasemutanten mit speziellen, vorher {\"u}berlegten Eigenschaften, hergestellt werden sollen. Diese Erfolge k{\"o}nnen dazu genutzt werden, eine neue Generation an Tyrosinasesensoren zu entwickeln, Tyrosinasesensoren in denen Tyrosinase gerichtet gebunden werden kann, sowohl an den entsprechenden physikalischen Messf{\"u}hler oder auch an ein anderes Enzym. Davon verspricht man sich deutlich minimierte Wege, die die zu bestimmende Substanz (oder deren Produkt) sonst zur{\"u}cklegen m{\"u}sste, was am Ende zu einer deutlich erh{\"o}hten Empfindlichkeit des resultierenden Biosensors f{\"u}hren sollte.},
  subject      = {Enzymelektrode ; Monophenolmonooxygenase},
  language  = {en}
}