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Philipps-Universität Marburg

1. Molinnus, Denise. Systemintegration biomolekularer Logik-Prinzipien mit elektronischen Transduktoren auf einem Chip.

Degree: PhD, Fachbereich Pharmazie, 2018, Philipps-Universität Marburg

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Konzepte mit biologischen Schaltungen, die auf elektronischen Transducern integriert sind, entwickelt. Damit können neuartige digitale Biosensoren aufgebaut werden, die in Abhängigkeit der Eingangssignale ein elektrisches Ausgangssignal generieren. Als erstes Konzept wird ein "BioLogicChip" vorgestellt, der die "Sense-act-treat"-Funktion auf einem Chip kombiniert. Mit diesem BioLogicChip soll es möglich sein, eine bestimmte Krankheit abhängig von spezifischen Biomarkern zu diagnostizieren. Gleichzeitig soll mit diesem Chip eine bestimme Menge des benötigten Wirkstoffs dem Patienten verabreicht werden können. In dieser Arbeit wurde das Konzept exemplarisch als "künstliche Pankreas" dargestellt. Der Chip-basierte Glukosesensor wurde als logische AND-Schaltung konzipiert, mit Glukose und Sauerstoff als Eingangssignale. Nur wenn beide Eingangssignale gleichzeitig vorhanden sind, kommt es zur Reaktion und ein Strom wird generiert. Dieser Strom kann dann zur Adressierung des impedimetrischen Sensors genutzt werden, auf dem ein temperaturabhängiges Hydrogel immobilisiert ist. Dieses Hydrogel dient, auf Grund seiner Quell- und Schrumpf-Eigenschaft, als Aktuator und kann somit zwischen "AUF" und "ZU" schalten. Damit kann eine bestimmte Menge eines Medikamentes (z.B. Insulin) freigesetzt werden. Um das Hydrogel auf seine Aktuatorfunktion zu prüfen, wurde die Impedanz bei verschiedenen Temperaturen (28 °C – 42 °C) untersucht. Im Gegensatz zur konventionellen "künstlichen Pankreas", wird bei dem BioLogicChip die Freisetzung des Wirkstoffs durch den Aktuator zusätzlich sensorisch überprüft. Hierbei dient ein Chip-basierter IrxOy-Sensor zur Insulinmessung. Als zweites Konzept wurde ein digitaler Adrenalinbiosensor entwickelt, mit dem Adrenalinkonzentrationsunterschiede zwischen Nebennierenblut und peripherem Blut gemessen werden sollen, um so die Position des Katheters während der Nebennierenvenen-katheteruntersuchung (AVS) zu überprüfen. Zur Entwicklung des Adrenalinbiosensors wurde ein Sauerstoffsensor mit einer 2-Enzymmembran, bestehend aus Laccase und Pyrroloquinolinchinon-abhängiger Glukose-Dehydrogenase (PQQ-GDH) modifiziert. Damit findet das Substraterecycling-Prinzip Anwendung, wodurch das Sensorsignal verstärkt wird. Im ersten Reaktionsschritt wird Adrenalin mit Hilfe der Laccase unter Sauerstoffverbrauch zu Adrenochrom oxidiert. Anschließend wird das entstandene Adrenochrom wieder über die PQQ-GDH zurück zu Adrenalin reduziert, bei gleichzeitiger Oxidation von Glukose. Der verbrauchte Sauerstoff wird mittels O2-Sensor gemessen und ist proportional zur Adrenalinkonzentration. Mit dem Adrenalinsensor konnte in Puffer- und Ringerlösung eine untere Nachweisgrenze von 1 nM bei pH 7,4 und 30 °C erreicht werden. Außerdem wurde die Querempfindlichkeit gegenüber anderen Katecholaminen (Noradrenalin, Dopamin, Dobutamin) überprüft. Zusätzlich konnten gespikte Adrenalinproben (1 nM – 150 nM) im Blutplasma untersucht werden. Außerdem wurden mit dem digitalen Adrenalinsensor… Advisors/Committee Members: Schöning, Michael J. (advisor).

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APA (6th Edition):

Molinnus, D. (2018). Systemintegration biomolekularer Logik-Prinzipien mit elektronischen Transduktoren auf einem Chip. (Doctoral Dissertation). Philipps-Universität Marburg. Retrieved from http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2018/0495

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Molinnus, Denise. “Systemintegration biomolekularer Logik-Prinzipien mit elektronischen Transduktoren auf einem Chip.” 2018. Doctoral Dissertation, Philipps-Universität Marburg. Accessed December 15, 2018. http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2018/0495.

MLA Handbook (7th Edition):

Molinnus, Denise. “Systemintegration biomolekularer Logik-Prinzipien mit elektronischen Transduktoren auf einem Chip.” 2018. Web. 15 Dec 2018.

Vancouver:

Molinnus D. Systemintegration biomolekularer Logik-Prinzipien mit elektronischen Transduktoren auf einem Chip. [Internet] [Doctoral dissertation]. Philipps-Universität Marburg; 2018. [cited 2018 Dec 15]. Available from: http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2018/0495.

Council of Science Editors:

Molinnus D. Systemintegration biomolekularer Logik-Prinzipien mit elektronischen Transduktoren auf einem Chip. [Doctoral Dissertation]. Philipps-Universität Marburg; 2018. Available from: http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2018/0495

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