Block copolymer based hybrid materials for direct electrochemical biosensing of nucleic acids and hemoproteins
Analytical Chemistry
Final Report Abstract
Hauptziel des Projekts war die Entwicklung hocheffizienter Biosensoren zur Detektion von Tumormarkern auf der Basis von Hybridmaterialien. Dazu wurden variable Hybridmaterialien basierend auf Polyelektrolyt Copolymeren hergestellt. Mehrere Strategien wurden angewandt und entwickelt um entsprechende Copolymere mit definierten Eigenschaften zu erhalten. Dabei wurden sowohl kontrollierte radikalische Polymerisationsmethoden als auch alternativ polymeranaloge Modifikationen genutzt. Das Eigenschaftsprofil der Polymere ließ sich hierbei durch die Wahl von molekularen Bausteinen (Monomere und Modifikatoren), Blocklänge, Molmasse und Funktionalisierungsgrad gezielt einstellen. So konnten lineare Blockcopolymere (PnBMA-b-PDMAEMA, PS-b-PDha), sowie eine Bibliothek neuartiger PDha-basierter Pfropfcopolymere (amphiphil und doppelt hydrophil) erhalten werden. Die Polyelektrolytsegmente ermöglichten nicht nur eine hohe Wasserlöslichkeit, sondern es konnte aber auch ein stimuli-responsives Verhalten (pH, T, Metallionen), Selbstorganisation im wässrigen Medium und eine veränderbare Gesamtladung nachgewiesen werden. Dadurch handelt es sich um interessante Kandidaten für den Aufbau von mehrkomponentigen, wasserbasierter Hybridmaterialien. Die Herstellung von langzeitstabilen CNT Dispersionen mit Hilfe von amphiphilen Polymeren wurde untersucht. Hierbei konnten sowohl amphiphile Blockcopolymere, als auch Propfcopolymere mit hydrophoben Seitenketten genutzt werden. Unterschiedliche Konzentrationen wurden untersucht und die Dispersionen mit Hilfe von TEM Aufnahmen und TGA Messungen untersucht. Um die Herstellung und Eigenschaften von Edelmetall NP grundlegend zu untersuchen wurden doppelt hydrophile PDha-basierte Propfcopolymere verwendet. Durch deren ausgeprägte Wasserlöslichkeit über den gesamten pH-Bereich konnten die Eigenschaften des PDha-Rückgrats optimal genutzt werden. Durch die Anwesenheit von sowohl Amino- als auch Carboxylgruppen konnten sowohl Au, Ag und AgAu NP hergestellt werden. Das pH-responsive Verhalten des Polymers konnte zudem genutzt werden um die Zusammensetzung, Morphologie, Größe und optische Eigenschaften (Oberflächenplasmonenresonanzschwingung) gezielt einzustellen. AgAu Nanolegierungen ließen sich zudem in vorgefertigten Polymer/CNT Dispersionen herstellen um dreikomponenten Hybridmaterialien zu erhalten. Alles in allem wurden im Rahmen dieses Projekts Designstrategien zur Herstellung von Polyelektrolytbasierten Hybridmaterialien entworfen. Die Eigenschaften lassen sich gezielt durch den Einsatz molekularer und nanodimensionierter Bausteine steuern um die Anwendung in (Bio)sensoren zu ermöglichen. Gerade auf der deutschen Seite des Verbundprojekts fand die Entwicklung von Bausteinen und Assemblierungsstrategien statt, wohingegen die russischen Partner dann zeigen konnten, dass sich mit diesen Ansätzen verschiedene Biosensoren zur Detektion von Biomolekülen oder Nukleinsäuren herstellen lassen. Teile der unter AP 4-7 beschriebenen Daten befinden sich noch in der Finalisierungsphase, so dass mit weiteren Veröffentlichungen zu rechnen ist (je nach politischer Lage…).
Publications
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Double Hydrophilic Poly(ethylene oxide)‐block‐Poly(dehydroalanine) Block Copolymers: Comparison of Two Different Synthetic Routes. Macromolecular Chemistry and Physics, 221(1).
Max, Johannes B.; Mons, Peter J.; Tom, Jessica C. & Schacher, Felix H.
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Long-term stable poly(ionic liquid)/MWCNTs inks enable enhanced surface modification for electrooxidative detection and quantification of dsDNA. Polymer, 168, 95-103.
Sigolaeva, Larisa V.; Bulko, Tatiana V.; Kozin, Maxim S.; Zhang, Weiyi; Köhler, Moritz; Romanenko, Iuliia; Yuan, Jiayin; Schacher, Felix H.; Pergushov, Dmitry V. & Shumyantseva, Viсtoria V.
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Polyampholytic graft copolymers based on polydehydroalanine (PDha) – synthesis, solution behavior and application as dispersants for carbon nanotubes. Polymer Chemistry, 10(23), 3006-3019.
Max, J. B.; Pergushov, D. V.; Sigolaeva, L. V. & Schacher, F. H.
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All-electrochemical nanocomposite two-electrode setup for quantification of drugs and study of their electrocatalytical conversion by cytochromes P450. Electrochimica Acta, 336, 135579.
Shumyantseva, Victoria V.; Bulko, Tatiana V.; Kuzikov, Alexey V.; Masamrekh, Rami A.; Konyakhina, Apollinariya Yu; Romanenko, Iuliia; Max, Johannes B.; Köhler, Moritz; Gilep, Andrei A.; Usanov, Sergey A.; Pergushov, Dmitry V.; Schacher, Felix H. & Sigolaeva, Larisa V.
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Electrochemical fingerprint of cytochrome c on a polymer/MWCNT nanocomposite electrode. Mendeleev Communications, 30(3), 299-301.
Shumyantseva, Victoria V.; Bulko, Tatiana V.; Kuzikov, Alexey V.; Masamrekh, Rami A.; Pergushov, Dmitry V.; Schacher, Felix H. & Sigolaeva, Larisa V.
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Polyampholytic Poly(dehydroalanine) Graft Copolymers as Smart Templates for pH-Controlled Formation of Alloy Nanoparticles. Macromolecules, 53(11), 4511-4523.
Max, J. B.; Kowalczuk, K.; Köhler, M.; Neumann, C.; Pielenz, F.; Sigolaeva, L. V.; Pergushov, D. V.; Turchanin, A.; Langenhorst, F. & Schacher, F. H.
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Rational Design of Amphiphilic Diblock Copolymer/MWCNT Surface Modifiers and Their Application for Direct Electrochemical Sensing of DNA. Polymers, 12(7), 1514.
Sigolaeva, Larisa V.; Bulko, Tatiana V.; Konyakhina, Apollinariya Yu.; Kuzikov, Alexey V.; Masamrekh, Rami A.; Max, Johannes B.; Köhler, Moritz; Schacher, Felix H.; Pergushov, Dmitry V. & Shumyantseva, Victoria V.
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1,7,9,10‐Tetrasubstituted PMIs Accessible through Decarboxylative Bromination: Synthesis, Characterization, Photophysical Studies, and Hydrogen Evolution Catalysis. Chemistry – A European Journal, 27(12), 4081-4088.
Costabel, Daniel; Skabeev, Artem; Nabiyan, Afshin; Luo, Yusen; Max, Johannes B.; Rajagopal, Ashwene; Kowalczyk, Daniel; Dietzek, Benjamin; Wächtler, Maria; Görls, Helmar; Ziegenbalg, Dirk; Zagranyarski, Yulian; Streb, Carsten; Schacher, Felix H. & Peneva, Kalina
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Electrochemical studies of the interaction of rifampicin and nanosome/rifampicin with dsDNA. Bioelectrochemistry, 140, 107736.
Shumyantseva, Victoria V.; Bulko, Tatiana V.; Tikhonova, Elena G.; Sanzhakov, Maxim A.; Kuzikov, Alexey V.; Masamrekh, Rami A.; Pergushov, Dmitry V.; Schacher, Felix H. & Sigolaeva, Larisa V.
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Polyampholytic Graft Copolymers as Matrix for TiO2/Eosin Y/[Mo3S13]2− Hybrid Materials and Light‐Driven Catalysis. Chemistry – A European Journal, 27(68), 16924-16929.
Nabiyan, Afshin; Max, Johannes Bernhard; Neumann, Christof; Heiland, Magdalena; Turchanin, Andrey; Streb, Carsten & Schacher, Felix Helmut
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Triple‐Responsive Polyampholytic Graft Copolymers as Smart Sensors with Varying Output. Macromolecular Rapid Communications, 42(7).
Max, Johannes B.; Nabiyan, Afshin; Eichhorn, Jonas & Schacher, Felix H.
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Double hydrophilic copolymers – synthetic approaches, architectural variety, and current application fields. Chemical Society Reviews, 51(3), 995-1044.
Nabiyan, Afshin; Max, Johannes B. & Schacher, Felix H.
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Electrochemical characterization of mutant forms of rubredoxin B from Mycobacterium tuberculosis. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics, 1870(1), 140734.
Gilep, Andrei; Kuzikov, Alexey; Sushko, Tatsiana; Grabovec, Irina; Masamrekh, Rami; Sigolaeva, Larisa V.; Pergushov, Dmitry V.; Schacher, Felix H.; Strushkevich, Natallia & Shumyantseva, Victoria V.
