Langzeitstabiler Biosensor zur direkten, kontinuierlichen Überwachung der Formaldehydkonzentration in der Gasphase

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ruth Freitag; Dr. Martin Hämmerle
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5446735

Im Gegensatz zu Biosensoren für Substanzen in Flüssigkeiten sind Biosensoren für gasförmige Analyte bisher kaum beschrieben. In einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Bio- und Sensortechnologie der Universität Bayreuth wollen wir uns dieser Aufgabe stellen. Geschehen soll dies am Beispiel eines Sensors zur kontinuierlichen Überwachung der Formaldehydkonzentration in Luft (MAK: 0,5 ppm (v/v)). Eines der großen Probleme von Biosensoren ist die mangelnde Langzeitstabilität. Hier fehlt es an für den jeweiligen Zweck maßgeschneiderten biologischen Komponenten (meist werden native oder kommerziell erhältliche Enzyme eingesetzt) und der engen Verzahnung mit einer darauf abgestimmten Sensortechnologie. Eine erst kürzlich beschriebene Farbstoff-gekoppelte Formaldehyd-Dehydrogenase aus Hyphomicrobium zavarzinii Z850 soll durch molekularbiologische, proteintechnische und strukturbiologische Methoden ("ProteinEngineering") zu einem stabilen und funktionsfähigen Sensorbestandteil werden. Dieses spezielle Enzym wurde ausgewählt, da im Gegensatz zu NAD(P)-abhängigen Dehydrogenasen kein löslicher Cofaktor benötigt wird, der durch seine begrenzte Stabilität zusätzlich zur mangelnden Langzeitstabilität des Sensors beitragen kann. Parallel dazu und zunächst unabhängig davon soll die dafür geeignete Sensortechnologie basierend auf einer amperometrischen Detektion entwickelt werden. Dies umfasst den materialtechnischen Aufbau des Sensors, die Integration der Bestandteile zu einer kompakten Sensoreinheit bzw. die Realisierung in Dickschichttechnik, die Charakterisierung in einer Gassensortestanlage sowie die ingenieurmäßige Modellierung der internen Sensorprozesse. Darüber hinaus soll an der Entwicklung eines sterilen Biosensors (steriler Sensorzusammenbau bzw. sterile Verkapselung des Enzyms) gearbeitet werden. Da dadurch der proteolytische Enzymabbau verhindert wird, ist zu erwarten, dass sich die Standzeiten verglichen mit heute üblichen Systemen verbessern lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr. Valérie Jérôme; Professor Dr.-Ing. Ralf Moos