Nicht-manuelle Immobilisierung von biologischen Erkennungselementen durch pH-induzierte Deposition von Polymerfilmen als Basis für die reproduzierbare Herstellung amperometrischer Biosensoren

Abstract

Die reproduzierbare, parallele und nicht-manuelle Fixierung von molekularen Erkennungselementen auf Oberflächen hat eine erhebliche Bedeutung für die Entwicklung von spezifischen Sensoren für Anwendungen im Bereich der Biotechnologie, der klinischen Analytik, der medizinischen Diagnostik sowie in der kombinatorischen Chemie und dem Hochdurchsatzscreening. Insbesondere bei der Miniaturisierung von Biosensoren sowie der Herstellung höher integrierter Sensor-Aktuator-Systeme besteht dabei die Notwendigkeit für eine lokale Abscheidungstechnik mit hoher Auflösung bei gleichzeitig geringem Verbrauch an biologischen Erkennungskomponenten. Eine Methode, die diese Anforderungen erfüllen kann, ist die elektrochemisch induzierte Abscheidung von Polymeren in Gegenwart unterschiedlicher Erkennungselemente. Dabei erfolgt bei den herkömmlich verwendeten Polymerabscheidungen[1] die Kettenwachstumsreaktion durch Oxidation des entsprechenden Monomers über intermediäre radikalische Zwischenstufen in der Diffusionsschicht vor der Elektrode. Aufgrund des Radikalmechanismus sind solche Reaktionen sensitiv gegenüber der Anwesenheit von molekularem Sauerstoff und nukleophilen Reagenzien, so daß die Konzentration von Proteinen (z.B. Enzymen) in der Abscheidungslösung wegen der nukleophilen Seitenketten gering gehalten werden muß. Demgegenüber erfolgt die Bildung des Polymerfilms bei der von uns auf Basis eines industriell gebräuchlichen Verfahrens für den Korrosionsschutz entwickelten Methode, durch eine elektrochemisch oder photochemisch induzierte lokale Änderung des pH-Wertes, welche die Löslichkeit von emulgierten Polymeren verändert und somit zu dessen Koagulation auf der Elektrodenoberfläche führt. Die elektrochemische Abscheidung kann dabei je nach verwendetem Polymer entweder an der Anode oder der Kathode erfolgen.