@phdthesis{Pruefer2023,
  author    = {Pr{\"u}fer, Mareike},
  title     = {Charakterisierung und wechselfeldgest{\"u}tzte Herstellung von Enzym-Nanoarrays},
  doi       = {10.25932/publishup-61232},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-612329},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {104},
  year      = {2023},
  abstract  = {Dielektrophorese ist die Manipulation polarisierbarer Partikel durch inhomogene elektrische Wechselfelder. In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Enzyme durch Dielektrophorese immobilisiert und anschließend hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivit{\"a}t untersucht: Meerrettichperoxidase, Cholinoxidase aus Alcaligenes sp. und Glucoseoxidase aus Aspergillus niger. Die Immobilisierung erfolgte durch Dielektrophorese auf nano-Elektrodenarrays aus Wolfram-Zylindern mit 500 nm Durchmesser oder aus Titannitrid-Ringen mit 20 nm Breite. Die Immobilisierung der Enzyme konnte fluoreszenzmikroskopisch entweder anhand der intrinsischen Fluoreszenz oder aufgrund einer Fluoreszenzmarkierung vor oder nach der Immobilisierung f{\"u}r alle getesteten Enzyme nachgewiesen werden. Die Messung der Enzymaktivit{\"a}t erfolgte quantitativ durch den direkten oder indirekten Nachweis des gebildeten Produktes oder, im Falle der Cholinoxidase, durch Beobachtung der intrinsischen Fluoreszenz des Cofaktors FAD, die vom Oxidationszustand dieses Enzyms abh{\"a}ngt. F{\"u}r die Meerrettichperoxidase konnte so eine hohe erhaltene Enzymaktivit{\"a}t nach der Immobilisierung nachgewiesen werden. Die Aktivit{\"a}t der permanent immobilisierten Fraktion der Meerrettichperoxidase entsprach bis zu 47 \% der h{\"o}chstm{\"o}glichen Aktivit{\"a}t einer Monolage dieses Enzyms auf den Elektroden des Chips. Diese Aktivit{\"a}t kann als aktive, aber zuf{\"a}llig gegen{\"u}ber der Oberfl{\"a}che ausgerichtete Enzymschicht interpretiert werden. F{\"u}r die permanent immobilisierte Glucoseoxidase wurde nur eine Aktivit{\"a}t entsprechend <1,3 \% der Aktivit{\"a}t einer solchen Enzymschicht detektiert, w{\"a}hrend f{\"u}r die immobilisierte Cholinoxidase gar keine Aktivit{\"a}t nachgewiesen werden konnte. Die Aktivit{\"a}t der durch DEP immobilisierten Enzyme konnte somit quantitativ bestimmt werden. Der Anteil an erhaltener Aktivit{\"a}t h{\"a}ngt dabei stark vom verwendeten Enzym ab.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Riedel2018,
  author    = {Riedel, Marc},
  title     = {Photonic wiring of enzymatic reactions to photoactive entities for the construction of biohybrid electrodes},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-417280},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {VIII, 168},
  year      = {2018},
  abstract  = {In this work, different strategies for the construction of biohybrid photoelectrodes are investigated and have been evaluated according to their intrinsic catalytic activity for the oxidation of the cofactor NADH or for the connection with the enzymes PQQ glucose dehydrogenase (PQQ-GDH), FAD-dependent glucose dehydrogenase (FAD-GDH) and fructose dehydrogenase (FDH). The light-controlled oxidation of NADH has been analyzed with InGaN/GaN nanowire-modified electrodes. Upon illumination with visible light the InGaN/GaN nanowires generate an anodic photocurrent, which increases in a concentration-dependent manner in the presence of NADH, thus allowing determination of the cofactor. Furthermore, different approaches for the connection of enzymes to quantum dot (QD)-modified electrodes via small redox molecules or redox polymers have been analyzed and discussed. First, interaction studies with diffusible redox mediators such as hexacyanoferrate(II) and ferrocenecarboxylic acid have been performed with CdSe/ZnS QD-modified gold electrodes to build up photoelectrochemical signal chains between QDs and the enzymes FDH and PQQ-GDH. In the presence of substrate and under illumination of the electrode, electrons are transferred from the enzyme via the redox mediators to the QDs. The resulting photocurrent is dependent on the substrate concentration and allows a quantification of the fructose and glucose content in solution. A first attempt with immobilized redox mediator, i.e. ferrocenecarboxylic acid chemically coupled to PQQ-GDH and attached to QD-modified gold electrodes, reveal the potential to build up photoelectrochemical signal chains even without diffusible redox mediators in solution. However, this approach results in a significant deteriorated photocurrent response compared to the situation with diffusing mediators. In order to improve the photoelectrochemical performance of such redox mediator-based, light-switchable signal chains, an osmium complex-containing redox polymer has been evaluated as electron relay for the electronic linkage between QDs and enzymes. The redox polymer allows the stable immobilization of the enzyme and the efficient wiring with the QD-modified electrode. In addition, a 3D inverse opal TiO2 (IO-TiO2) electrode has been used for the integration of PbS QDs, redox polymer and FAD-GDH in order to increase the electrode surface. This results in a significantly improved photocurrent response, a quite low onset potential for the substrate oxidation and a broader glucose detection range as compared to the approach with ferrocenecarboxylic acid and PQQ-GDH immobilized on CdSe/ZnS QD-modified gold electrodes. Furthermore, IO-TiO2 electrodes are used to integrate sulfonated polyanilines (PMSA1) and PQQ-GDH, and to investigate the direct interaction between the polymer and the enzyme for the light-switchable detection of glucose. While PMSA1 provides visible light excitation and ensures the efficient connection between the IO-TiO2 electrode and the biocatalytic entity, PQQ-GDH enables the oxidation of glucose. Here, the IO-TiO2 electrodes with pores of approximately 650 nm provide a suitable interface and morphology, which is required for a stable and functional assembly of the polymer and enzyme. The successful integration of the polymer and the enzyme can be confirmed by the formation of a glucose-dependent anodic photocurrent. In conclusion, this work provides insights into the design of photoelectrodes and presents different strategies for the efficient coupling of redox enzymes to photoactive entities, which allows for light-directed sensing and provides the basis for the generation of power from sun light and energy-rich compounds.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Uhr2016,
  author    = {Uhr, Linda},
  title     = {Technische Enzyme in Backwaren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-96432},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {180},
  year      = {2016},
  abstract  = {Die sensorisch einwandfreie, konstant gute Qualit{\"a}t von Backprodukten, die beim Verbraucher einen hohen Stellenwert hat, wird maßgeblich durch den Gehalt endogener Getreideenzyme beeinflusst. Seit dem Auftreten z{\"u}chtungsbedingter Enzymdefizite ist der Einsatz technischer Enzyme zur Gew{\"a}hrleistung dieser geforderten Qualit{\"a}t eine feste Gr{\"o}ße in der Backwarenindustrie. Lebensmittelrechtlich werden technische Enzyme nicht als Zutat betrachtet, da sie theoretisch w{\"a}hrend des Backprozesses umgesetzt werden und im Endprodukt keine technologische Wirkung mehr zeigen. Vor allem in gebackenen Produkten bedarf es der Pr{\"u}fung, dass die eingesetzten technischen Enzyme nicht mehr als Zutat vorliegen und sich somit einer potentiellen Deklarationspflicht entziehen. Zur Gew{\"a}hrleistung der Wirtschaftlichkeit muss der quantitative Einsatz technischer Enzyme in der Backwarenindustrie gesteuert werden, um optimale Effekte zu erzielen und Kosten zu sparen. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung eines Analysenverfahrens, das den simultanen Nachweis verschiedener technischer Enzyme und deren Quantifizierung im Spurenbereich auch in gebackenen Produkten erm{\"o}glicht. F{\"u}r die Einsch{\"a}tzung der Wirkung der technischen Enzyme Fungamyl (Novozymes), Amylase TXL (ASA Spezialenzyme GmbH) sowie Lipase FE-01 (ASA Spezialenzyme GmbH) wurden Backversuche durchgef{\"u}hrt, die zeigten, dass Fungamyl und Amylase TXL zu einer verbesserten Brotqualit{\"a}t (Volumenausbeute, Feuchtegehalt, Sensorik) beitrugen. Die Zugabe der Lipase FE-01 f{\"u}hrte zu einer vermehrten Bildung freier Fetts{\"a}uren und wirkte sich negativ auf die sensorische Brotqualit{\"a}t aus. Dieser bisher nicht beschriebene Effekt konnte auf die Nutzung eines Spezial{\"o}ls als Backzutat zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden, welches ausschließlich aus ges{\"a}ttigten Fetts{\"a}uren besteht. Dies best{\"a}tigt die Bedeutung der Auswahl eines geeigneten Fettes beim Zusatz technischer Lipase zum Backprozess. Um die in Fungamyl und Lipase FE-01 enthaltenen Enzyme zu identifizieren, wurden SDS-PAGE und anschließender In-Gel-Verdau angewendet um die Analyse proteolytisch gespaltener Proteine mit MALDI-TOF-MS zu erm{\"o}glichen. Es konnte gezeigt werden, dass Fungamyl ein Gemisch aus 9,8 \% alpha-Amylase (Aspergillus oryzae) und 5,2 \% Endo-1,4-Xylanase (Thermomyces lanuginosus) enth{\"a}lt. Lipase FE-01 besteht aus der Lipase (Thermomyces lanuginosus), Amylase TXL wurde als alpha-Amylase (Aspergillus oryzae) identifiziert. Zur Analyse der technischen Enzyme in Backwaren wurde aufgrund seiner Robustheit und Sensitivit{\"a}t das Verfahren der LC-MS/MS gew{\"a}hlt. Die Entwicklung einer solchen Methode zur Detektion spezifischer Peptide erm{\"o}glichte den qualitativen Nachweis der 3 Enzyme alpha-Amylase (Aspergillus oryzae), Endo-1,4-Xylanase (Thermomyces lanuginosus) und Lipase (Thermomyces lanuginosus). Durch eine lineare Kalibrierung aus synthetisch hergestellten Peptiden unter Einbeziehung eines Protein-Internen-Standards sowie isotopenmarkierter Peptidstandards erfolgte dar{\"u}ber hinaus die quantitative Bestimmung in selbst hergestellten Referenzmaterialien (Weizenmehl, Toastbrot und Biskuitkeks). In weniger als 20 Minuten Messzeit kann das Enzym alpha-Amylase ab einer Konzentration von 2,58 mg/kg (Mehl, Keks), bzw. 7,61 mg/kg (Brot) quantitativ nachgewiesen werden. Zeitgleich k{\"o}nnen die Enzyme Endo-1,4-Xylanase ab einer Konzentration von 7,75 mg/kg (Brot), 3,64 mg/kg (Keks) bzw. 15,60 mg/kg (Mehl) sowie Lipase ab einer Konzentration von 1,26 mg/kg (Mehl, Keks), bzw. 2,68 mg/kg (Brot) quantifiziert werden. Die Methode wurde nach allgemein verwendeten Richtlinien im Zuge einer Validierung statistisch gepr{\"u}ft und lieferte sehr robuste und reproduzierbare quantitative Werte mit Wiederfindungsraten zwischen 50 \% und 122 \%. Das prim{\"a}re Ziel dieser Arbeit, die Entwicklung eines quantitativen Multiparameterverfahrens zum Nachweis technischer Enzyme in Backwaren, wurde somit erfolgreich umgesetzt.},
  language  = {de}
}