Turcu, Eugen Florin

Micropatterning and microelectrochemical characterisation of biological recognition elements

Eine piezoelektrische Mikrodosierpumpe wurde über das Versprühen von pl-Tröpfchen für die Mikrostrukturierung von Gold- und Glasoberflächen mit biologischen Molekülen eingesetzt und dabei optimale Parameter für die Erzeugung von Enzym-, Laminin- und DNA-Mikrostrukturen ermittelt. Auf Lamininmikrostrukturen konnten Neurone zum gerichteten Wachstum veranlasst werden. Glucoseoxidase-Mikrostrukturen wurden mittels elektro-chemischer Rastermikroskopie (SECM) untersucht und die Enzymaktivität hochauflösend visualisiert. Für die Detektion von Hybridisierungsereignissen auf DNA-Chips wurde ein neuer SECM-Abbildungsmodus entwickelt, der die Abstoßung zwischen negativ geladenen Redoxmediator-Molekülen und Phosphatgruppen der DNA-Stränge ausnutzt. Für SECM-Messungen in kleinsten Elektrolytvolumina (<1μl) wurde eine koaxiale Pt/Ag-Mikroelektrode realisiert, indem die Silberabscheidung nach Tollens zur Abscheidung eines Ag-Films auf der Glasisolierung von Pt-Scheibenmikroelektroden verwendet wurde.

Microscopic arrays of biomolecules such as glucose oxidase (GOx), laminin and oligonucleotides were created using piezo-assisted microdispensing of picoliter volumes of solutions of these compounds for their deposition onto suitable substrates. The optimal parameters for the preparation of the different biological microstructures were evaluated. Micropatterns of laminin were further used to promote directed growth of neurons. GOx microarrays were visualised and characterised with scanning electrochemical microscopy (SECM) for high resolution imaging of the enzyme’s activity. The repelling mode of SECM was introduced as a new approach for imaging spots of single and double stranded oligonucleotides, and for the efficient detection of DNA hybridisation on DNA chips. Moreover, a novel coaxial microelectrode was developed for advanced microelectrochemical measurements in ultrasmall electrolyte volumes and microenvironments.