Details

Autor(en) / Beteiligte

• Rüdiger, Arne Alexander
• Bremser, Wolfgang[Akademischer Betreuer]
• Johansson, Mats[Akademischer Betreuer]
• Egold, Hans[Akademischer Betreuer]

Titel

The enzyme mediated autodeposition of casein : from deposition of defined films to nanostructuring with single particles

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2017

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• Hochschulschriften Visual Library - Scan2Web Hochschulschriften UB Paderborn (s2w-hsspadubpb)
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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 19.05.2017
• Open Access
• ger: Ziel dieser Dissertation ist die Bildung und Charakterisierung proteinbasierter Be-schichtungen und Strukturen durch die Enzymatische Autophorese (Englisch: Enzyme Mediated Autodeposition; EMA) anhand des Beispiels Casein und Chymosin. Casein stellt die filmbildende Komponente und Chymosin das Enzym dar. Von zentraler Bedeutung ist die Immobilisierung des Enzyms auf der Materialoberfläche, die beschichtet bzw. strukturiert wird. Relevant sind die physikalische Adsorption, die kovalente Anbindung und die kovalente Anbindung über Spacermoleküle.Die physikalische Adsorption des Enzyms ermöglicht die Abscheidung kontinuierlicher Proteinbeschichtungen, deren Schichtdicke durch Anpassung der Reaktions-parameter kontrolliert wird. Das höchste Maß an Prozesskontrolle und Ortsspezifität wird durch eine kovalente Anbindung des Enzyms erreicht. Dies ermöglicht die Bildung von Mono- und Doppellagen aus Caseinpartikeln. Die Verwendung von Spacern erhöht die Mobilität des Enzyms. Dadurch lassen sich Menge und Radius der Proteinabscheidung gezielt beeinflussen.Eine Nanostrukturierung von Oberflächen wird durch die Kombination der Enzymatischen Autophorese mit der Nanokugel-Lithographie realisiert. Mit dieser Methodik lassen sich gezielt einzelne Caseinpartikel abscheiden. Dies stellt beim aktuellen Stand der Technik eine Nanostrukturierung mit Biopolymeren unter höchster Präzision und einer konkurrenzlosen Wirtschaftlichkeit dar.Basierend auf den erzielten Ergebnissen zeigt die Enzymatische Autophorese ein großes Anwendungspotential im Bereich des biobasierten Materialdesigns, z.B. in der Biosensorik, der Mikro- und Nanoelektronik und den Lebenswissenschaften.
• eng: Formation of protein-based coatings and structures via Enzyme Mediated Autodeposition (EMA) is investigated on the example of casein as protein and chymosin as enzyme. Key factor of this method is the tethering of the enzyme onto the support. By this, destabilization and subsequent deposition of casein particles occur only in direct proximity to the support surface. Investigated immobilization methods are physical adsorption, direct covalent binding, and covalent binding via polymeric spacers.Physical adsorption of enzyme enables the formation of continuous casein coatings with controllable film thickness by adjustment of reaction parameters, such as deposition time, pH value, and particle concentration. This method is also suitable for the in situ buildup of adhesive protein layers. Highest control and site-specificity of the process is provided by covalent attachment of enzyme. Direct covalent tethering results in defined formation of protein mono- or double layers, while the incorporation of spacer molecules enhances the mobility of enzyme. Consequently, the amount and radius of protein deposition is increased. Combination of the EMA with the Nanosphere Lithography technique allows for tethering of enzyme only in designated areas. This enables the controlled deposition of single protein particles and allows for the nanostructuring of surfaces with biopolymers, providing an unrivaled precision and economic cost-efficiency.Based on the attained results, the Enzyme Mediated Autodeposition provides new insights into biobased material design and might find applications in biosensors, micro- and nanoelectronics, and life-sciences.