Preparation and high-throughput screening of integrated bioelectrocatalytic redox polymeric systems to provide a toolbox for development of electrochemical devices for sensor and energy conversion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts konnte die Herstellung der Redoxpolymere für Biosensoren und Biobrennstoffzellen deutlich verbessert werden. Durch die Verwendung einer PC gesteuerten Syntheseanlage können Redoxpolymere und freie Osmiumkomplexe in besserer Ausbeute und höherer Reinheit erhalten werden. Durch Aufbau einer ersten Bibliothek und Auswertung der Struktur-Wirkungsbeziehungen konnte ein Inkrementsystem zur Vorhersage des Formalpotentials unbekannter Osmiumkomplexe in Abhängigkeit der Ligandensphäre entwickelt werden. Durch Abwandlung der Synthesestrategie wurde der Aufbau großer Substanzbibliotheken vereinfacht, was im Rahmen einer Kooperation mit dem Projektpartner demonstriert wurde. Außerdem konnten die im Polymerrückgrat verbliebenen Epoxidfunktionen zur Stabilisierung der Redoxpolymerfilme durch Quervernetzen genutzt werden. Durch Entwicklung neuartiger, geschützter Quervernetzer konnte der Quervernetzungsprozess durch elektrochemisch induzierte pH-Änderung ausgelöst werden, wodurch die Stabilisierung von Elektrodepositionspolymerfilmen möglich wird, ohne die Ortsselektivität zu verlieren. Durch Abtrennung der Osmiumkomplexsynthese von der Polymerrückgratsynthese konnte die Ligandensphäre und damit das Formalpotential der Osmiumkomplexe gezielt für die Verwendung mit PQQ abhängigen Enzymen optimiert werden. Außerdem konnten die Redoxpolymere durch Verwendung von Phenothiazinderivaten als Redoxmediatoren für die Verwendung mit FAD-abhängigen Enzymen optimiert werden. Zur Charakterisierung der verschiedenen Bioanoden und Biokathoden auf Basis der Redoxpolymere wurde ein Biobrennstoffzellen-Teststand entwickelt, welcher erfolgreich zur Optimierung von Bioanoden auf Basis von CNT modifiziertem Kohlenstoffgeflecht genutzt werden konnte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "Redox electrodeposition polymers: adaptation of the redox potential of polymer-bound Os complexes for bioanalytical applications", Anal. Bioanal. Chem. 398 (2010), 4, S. 1661–1673
D. A. Guschin, J. Castillo, N. Dimcheva und W. Schuhmann
- "A new synthesis route for Os-complex modified redox polymers for potential biofuel cell applications", Bioelectrochemistry 87 (2012), S. 178–184
S. Pöller, Y. Beyl, J. Vivekananthan, D. A. Guschin und W. Schuhmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2011.11.015) - "Carbon cloth/carbon nanotube electrodes for biofuel cells development", Electroanalysis 25 (2012), S. 59–67
R. Haddad, W. Xia, D. A. Guschin, S. Pöller, M. Shao, J. Vivekananthan, M. Muhler und W. Schuhmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/elan.201200444) - "Dehydrogenase-based reagentless biosensors: electrochemically assisted deposition of Sol-Gel thin films on functionalized carbon nanotubes", Electroanalysis 24 (2012), 2, S. 376–385
Z. Wang, M. Etienne, S. Pöller, W. Schuhmann, G.-W. Kohring, V. Mamane und A. Walcarius
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/elan.201100574) - "NADH oxidation using modified electrodes based on lactate and glucose dehydrogenase entrapped between an electrocatalyst film and redox catalyst-modified polymers", Microchim. Acta 177 (2012), 3-4, S. 405–410
E. Al-Jawadi, S. Pöller, R. Haddad und W. Schuhmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00604-012-0797-2) - "A low-potential glucose biofuel cell anode based on a toluidine blue modified redox polymer and the flavodehydrogenase domain of cellobiose dehydrogenase", Electrochem. Commun. 29 (2013), S. 59–62
M. Shao, S. Pöller, C. Sygmund, R. Ludwig und W. Schuhmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.elecom.2013.01.016) - "Coupling osmium complexes to epoxy-functionalised polymers to provide mediated enzyme electrodes for glucose oxidation", Biosens. Bioelectron. 43 (2013), S. 30–37
P. Ó Conghaile, S. Pöller, D. MacAodha, W. Schuhmann und D. Leech
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.bios.2012.11.036) - "Low potential biofuel cell anodes based on redox polymers with covalently bound phenothiazine derivatives for wiring flavin adenine dinucleotide-dependent enzymes", Electrochim. Acta (2013)
S. Pöller, M. Shao, C. Sygmund, R. Ludwig und W. Schuhmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.02.083)
