Immobilisierung

Einleitung
1 Einleitung
In den frühen 60er Jahren entwickelten Clark und Lyons die erste mit Enzymen modifizierte
Elektrode [5] . Seitdem ist das Interesse der Wissenschaft an Immobilisierungsstrategien
für Enzyme stetig gestiegen [6] , da diese ein breites Spektrum an möglichen Anwendungen
bieten [7,8,9] . Beispiele hierfür sind die Bestimmung einzelner Parameter in komplexen Matrizes,
wie zum Beispiel Zucker im Blut [10,11] . Durch die feste Verankerung von Proteinen an
Enzymoberflächen kann heute zum Beispiel die Glukosekonzentration im Blut von Diabetespatienten
über solche auf Enzymelektroden basierenden Biosensoren zu erschwinglichen
Preisen bestimmt werden [9,12,13] . Ebenso lassen sich Hormone, Antigene und Antikörper bestimmen
[14] .
Die Nachfrage nach solchen Systemen, die vor allem in der medizinischen Diagnostik sowohl
ex vivo als auch in vivo Anwendung finden, wächst seit einiger Zeit stetig. Jedoch stellt
die stabile und dauerhafte Immobilisierung unter Retention der biologischen und katalytischen
Aktivität der Proteine eine große Herausforderung dar [7,15–17] . Bislang verfügbare Verfahren
zur Oberflächenmodifikation stellen die Quervernetzung [18] , die kovalente Anbindung
[10,19,20] oder der Membranschluss [21] dar. Der Nachteil dieser Verfahren ist, dass die Reproduzierbarkeit
von Ergebnissen und Messwerten nicht immer gegeben ist.
Ein weiteres Problem ergibt sich auch durch die fehlende Information über die Orientierung,
mit der ein Enzym an die Oberflächen gebunden wird. Eine Bindung in einer ungünstigen
Position kann den Zugang der Substrate zu den aktiven Zentren der Enzyme bzw. der
Bindungsdomäne der Antikörper erschweren oder unmöglich machen. Zudem kann ein Enzym
so gut in seiner Matrix verpackt sein, dass es nicht von der Oberfläche dissoziieren kann,
aber auch kein anderes Molekül mehr zu ihm durchdringt. Daraus ergibt sich die zu überbrückenden
Distanz zwischen den Redoxzentren des Enzyms und dem des Elektronenmediators,
welcher die Elektronen zur Elektrode bringen soll, als eine weitere Schwierigkeit.
Der Abstand zwischen zwei Redoxzentren ist nach der Marcus-Theorie [22] , neben der Potentialdifferenz
und der Reorganisierungsenergie, der wichtigste Parameter, der das detektierbare
Signal qualitativ und quantitativ bestimmt. Die elektrochemische Reaktion findet oft tief
in dem Enzym eingebettet statt, so dass es für den Elektronenmediator wichtig ist, direkt in
das aktive Zentrum zu diffundieren. Eine etablierte und gute Methode für viele Anwendungen
ist die ungerichtete freie Diffusion solcher Mediatoren, die an der Oberfläche reduziert oder
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