TY - JOUR A1 - Prüfer, Mareike A1 - Wenger, Christian A1 - Bier, Frank Fabian A1 - Laux, Eva-Maria A1 - Hölzel, Ralph T1 - Activity of AC electrokinetically immobilized horseradish peroxidase JF - Electrophoresis : microfluidics, nanoanalysis & proteomics N2 - Dielectrophoresis (DEP) is an AC electrokinetic effect mainly used to manipulate cells. Smaller particles, like virions, antibodies, enzymes, and even dye molecules can be immobilized by DEP as well. In principle, it was shown that enzymes are active after immobilization by DEP, but no quantification of the retained activity was reported so far. In this study, the activity of the enzyme horseradish peroxidase (HRP) is quantified after immobilization by DEP. For this, HRP is immobilized on regular arrays of titanium nitride ring electrodes of 500 nm diameter and 20 nm widths. The activity of HRP on the electrode chip is measured with a limit of detection of 60 fg HRP by observing the enzymatic turnover of Amplex Red and H2O2 to fluorescent resorufin by fluorescence microscopy. The initial activity of the permanently immobilized HRP equals up to 45% of the activity that can be expected for an ideal monolayer of HRP molecules on all electrodes of the array. Localization of the immobilizate on the electrodes is accomplished by staining with the fluorescent product of the enzyme reaction. The high residual activity of enzymes after AC field induced immobilization shows the method's suitability for biosensing and research applications. KW - AC electrokinetics KW - dielectrophoresis KW - enzyme activity KW - immobilization; KW - nanoelectrodes Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/elps.202200073 SN - 0173-0835 SN - 1522-2683 SP - 1920 EP - 1933 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - THES A1 - Prüfer, Mareike T1 - Charakterisierung und wechselfeldgestützte Herstellung von Enzym-Nanoarrays T1 - Characterization and AC-electrokinetical production of enzyme nanoarrays N2 - 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 Aktivität 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 für alle getesteten Enzyme nachgewiesen werden. Die Messung der Enzymaktivität 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 abhängt. Für die Meerrettichperoxidase konnte so eine hohe erhaltene Enzymaktivität nach der Immobilisierung nachgewiesen werden. Die Aktivität der permanent immobilisierten Fraktion der Meerrettichperoxidase entsprach bis zu 47 % der höchstmöglichen Aktivität einer Monolage dieses Enzyms auf den Elektroden des Chips. Diese Aktivität kann als aktive, aber zufällig gegenüber der Oberfläche ausgerichtete Enzymschicht interpretiert werden. Für die permanent immobilisierte Glucoseoxidase wurde nur eine Aktivität entsprechend <1,3 % der Aktivität einer solchen Enzymschicht detektiert, während für die immobilisierte Cholinoxidase gar keine Aktivität nachgewiesen werden konnte. Die Aktivität der durch DEP immobilisierten Enzyme konnte somit quantitativ bestimmt werden. Der Anteil an erhaltener Aktivität hängt dabei stark vom verwendeten Enzym ab. N2 - Dielectrophoresis is the manipulation of polarizable particles by alternating inhomogeneous electric fields. In this work, three enzymes were immobilized by dielectrophoresis and were analyzed regarding their catalytic activity afterwards: Horseradish peroxidase, choline oxidase from Alcaligenes sp. and glucose oxidase from Aspergillus niger. Immobilization by dielectrophoresis took place on nanoelectrode arrays consisting of tungsten cylinders with a diameter of 500 nm or of titanium nitride rings with a width of 20 nm. Immobilization was verified by fluorescence microscopy using either the intrinsic fluorescence of the enzymes or fluorescent labeling of the enzymes before or after immobilization. Enzyme activity measurements were performed quantitatively by direct or indirect detection of the enzyme’s product or, in the case of choline oxidase, by observing the intrinsic fluorescence of the enzyme’s cofactor FAD which is a function of its oxidation state. For horesradish peroxidase, a rather high retained activity of the enzyme after immobilization was observed. The activity of the permanently immobilized fraction of horseradish peroxidase equaled up to 47 % of the activity which can be maximally expected for a fully active monolayer of the enzyme molecules on all electrodes of the chip. This activity can be interpreted as the result of a fully active, but randomly oriented monolayer of immobilized horseradish peroxidase. The activity of permanently immobilized glucose oxidase equaled only <1,3 % of a fully active monolayer, whereas no activity was evident for immobilized choline oxidase. Accordingly, the activity of enzymes immobilized by DEP was measured quantitatively. The percentage of retained activity thereby strongly depends on the enzyme under investigation. KW - Enzyme KW - Dielektrophorese KW - enzymes KW - dielectrophoresis Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-612329 ER -