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Binding or catalysis? Both can be distinguished with a molecularly imprinted polymer (MIP) by the different patterns of heat generation. The catalytically active sites, like in the corresponding enzyme, generate a steady-state temperature increase. Thus, enzyme-like catalysis and antibody-analogue binding are analyzed simultaneously in a bifunctional MIP for the first time (see scheme).
In this work we describe a new preparation method for an esterolytic imprinted polymer with catalytic sites on the surface. A template was prepared by immobilizing a transition state analogue (phosphoramidic acid derivative) of an esterolytic reaction within porous silica particles. Polymerization within the pores was carried out using 4- vinylimidazole as a functional monomer and divinylbenzene as a cross-linker. The polymer was released by dissolution of the silica support with hydrofluoric acid and catalytic properties were studied by incubation with three different 4- nitrophenylesters and spectrophotometric determination of the released 4-nitrophenol. For 4-nitrophenyl acetate an activity of 211 nmol min(-1) mg(-1) and a K-m value of 2.2 mmol L-1 was obtained
Biosensors which make use of the high specificity of enzymes, antibodies, and nucleic acids have been described for detection of numerous metabolites, hormones, and nucleic acid sequences. In addition to biological components nowadays biomimetic recognition molecules are also used. Especially antibodies, aptamers, and molecular imprints are promising biomimetics. They could broaden the range of detectable analytes and could increase the functional stability of the sensor. In this publication we describe the generation of biomimetic antibodies and biomimetic molecular imprints for binding creatinine and for hydrolyzing phenylcarbamates to be used in electrochemical sensors.
Biomakromoleküle sind in der Natur für viele Abläufe in lebenden Organismen verantwortlich. Dies reicht vom Aufbau der extrazellulären Matrix und dem Cytoskelett über die Erkennung von Botenstoffen durch Rezeptoren bis hin zur Katalyse der verschiedensten Reaktionen in den Zellen selbst. Diese Aufgaben werden zum größten Teil von Proteinen übernommen, und besonders das spezifische Erkennen der Interaktionspartner ist für alle diese Moleküle äußerst wichtig, um eine fehlerfreie Funktion zu gewährleisten. Als Alternative zur evolutiven Erzeugung von optimalen Bindern und Katalysatoren auf der Basis von Aminosäuren und Nukleotiden wurden von Wulff, Shea und Mosbach synthetische molekular geprägte Polymere (molecularly imprinted polymers, MIPs) konzipiert. Das Prinzip dieser künstlichen Erkennungselemente beruht auf der Tatsache, dass sich funktionelle Monomere spezifisch um eine Schablone (Templat) anordnen. Werden diese Monomere dann vernetzend polymerisiert, entsteht ein Polymer mit molekularen Kavitäten, in denen die Funktionalitäten komplementär zum Templat fixiert sind. Dadurch ist die selektive Bindung des Templats in diese Kavitäten möglich. Aufgrund ihrer hohen chemischen und thermischen Stabilität und ihrer geringen Kosten haben “bio-inspirierte” molekular geprägte Polymere das Potential, biologische Erkennungselemente in der Affinitätschromatographie sowie in Biosensoren und Biochips zu ersetzen. Trotz einiger publizierter Sensorkonfigurationen steht der große Durchbruch noch aus. Ein Hindernis für Routineanwendungen ist die Signalgenerierung bei Bindung des Analyten an das Polymer. Eine Möglichkeit für die markerfreie Detektion ist die Benutzung von Kalorimetern, die Bindungs- oder Reaktionswärmen direkt messen können. In der Enzymtechnologie wird der Enzym-Thermistor für diesen Zweck eingesetzt, da enzymatische Reaktionen eine Enthalpie in einer Größenordnung von 5 – 100 kJ/mol besitzen. In dieser Arbeit wird die Herstellung von katalytisch geprägten Polymeren nach dem Verfahren des Oberflächenprägens erstmalig beschrieben. Die Methode zur Immobilisierung des Templats auf der Oberfläche von porösem Kieselgel sowie die Polymerzusammensetzung wurden optimiert. Weiter wird die Evaluation der katalytischen Eigenschaften über einen optischen Test, sowie das erste Mal die Kombination eines kalorimetrischen Transduktors – des Thermistors – mit der Analyterkennung durch ein katalytisch aktives MIP gezeigt. Bei diesen Messungen konnte zum ersten Mal gleichzeitig die Bindung/Desorption, sowie die katalytische Umwandlung des Substrats durch konzentrationsabhängige Wärmesignale nachgewiesen werden.