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A multi-spot light-addressable potentiometric sensor (LAPS), which belongs to the family of semiconductor field-effect devices, was applied for label-free detection of double-stranded deoxyribonucleic acid (dsDNA) molecules by their intrinsic molecular charge. To reduce the distance between the DNA charge and sensor surface and thus, to enhance the electrostatic coupling between the dsDNA molecules and the LAPS, the negatively charged dsDNA molecules were electrostatically adsorbed onto the gate surface of the LAPS covered with a positively charged weak polyelectrolyte layer of PAH (poly(allylamine hydrochloride)). The surface potential changes in each spot of the LAPS, induced by the layer-by-layer adsorption of a PAH/dsDNA bilayer, were recorded by means of photocurrent-voltage and constant-photocurrent measurements. In addition, the surface morphology of the gate surface before and after consecutive electrostatic adsorption of PAH and dsDNA layers was studied by atomic force microscopy measurements. Moreover, fluorescence microscopy was used to verify the successful adsorption of dsDNA molecules onto the PAH-modified LAPS surface. A high sensor signal of 25 mV was registered after adsorption of 10 nM dsDNA molecules. The lower detection limit is down to 0.1 nM dsDNA. The obtained results demonstrate that the PAH-modified LAPS device provides a convenient and rapid platform for the direct label-free electrical detection of in-solution hybridized dsDNA molecules.
A multi-spot (16 spots) light-addressable potentiometric sensor (MLAPS) consisting of an Al–p-Si–SiO2 structure modified with a weak polyelectrolyte layer of PAH (poly(allylamine hydrochloride)) was applied for the label-free electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) immobilization and hybridization by the intrinsic molecular charge for the first time. To achieve a preferentially flat orientation of DNA strands and thus, to reduce the distance between the DNA charge and MLAPS surface, the negatively charged probe single-stranded DNAs (ssDNA) were electrostatically adsorbed onto the positively charged PAH layer using a simple layer-by-layer (LbL) technique. In this way, more DNA charge can be positioned within the Debye length, yielding a higher sensor signal. The surface potential changes in each spot induced due to the surface modification steps (PAH adsorption, probe ssDNA immobilization, hybridization with complementary target DNA (cDNA), non-specific adsorption of mismatched ssDNA) were determined from the shifts of photocurrent–voltage curves along the voltage axis. A high sensor signal of 83 mV was registered after immobilization of probe ssDNA onto the PAH layer. The hybridization signal increases from 5 mV to 32 mV with increasing the concentration of cDNA from 0.1 nM to 5 μM. In contrast, a small signal of 5 mV was recorded in the case of non-specific adsorption of fully mismatched ssDNA (5 μM). The obtained results demonstrate the potential of the MLAPS in combination with the simple and rapid LbL immobilization technique as a promising platform for the future development of multi-spot light-addressable label-free DNA chips with direct electrical readout.
A multi-spot (4 × 4 spots) light-addressable potentiometric sensor (MLAPS) consisting of an Al–p-Si–SiO2 structure has been applied for the label-free electrical detection of DNA (deoxyribonucleic acid) immobilization and hybridization by the intrinsic molecular charge for the first time. Single-stranded probe ssDNA molecules (20 bases) were covalently immobilized onto the silanized SiO2 gate surface. The unspecific adsorption of mismatch ssDNA on the MLAPS gate surface was blocked by bovine serum albumin molecules. To reduce the screening effect and to achieve a high sensor signal, the measurements were performed in a low ionic-strength solution. The photocurrent–voltage (I–V) curves were simultaneously recorded on all 16 spots after each surface functionalization step. Large shifts of I–V curves of 25 mV were registered after the DNA immobilization and hybridization event. In contrast, a small potential shift (∼5 mV) was observed in case of mismatch ssDNA, revealing good specificity of the sensor. The obtained results demonstrate the potential of the MLAPS as promising transducer platform for the multi-spot label-free electrical detection of DNA molecules by their intrinsic molecular charge.
DNA-hybridization detection using light-addressable potentiometric sensor modified with gold layer
(2014)
This article discusses the contrast between the information transportation companies provide to travellers and that of their brand messaging. Companies’ brand messaging often portrays the service they provide as pleasant, stress free and perfect. Customers and users of the service, on the other hand, often describe their experience of the service as a negative one. This article suggests that the brand value would be greater if transportation companies paid more attention to the users’ experience when designing their information systems, particularly in worst case scenarios.
Energieeffizienz und Energiemanagement : ein Überblick heutiger Möglichkeiten und Notwendigkeiten
(2012)
Energieeffizienz und Energiemanagement : Ein Überblick heutiger Möglichkeiten und Notwendigkeiten
(2012)
Optimierung der selektiven Aufarbeitung von Proteinen mit Aptamer-funktionalisierten Magnetpartikeln
(2012)
Die Herstellung pharmakologisch relevanter Proteine durch Mikroorganismen führt eine mehrstufige Aufarbeitung mit sich. Durch die Verwendung von Aptameren, kurzen einzelsträngigen DNA- oder RNA-Oligonukleotiden immobilisiert auf funktionalisierten, wiederverwendbaren Magnetpartikeln, können mehrere dieser Abtrennungsoperationen kombiniert und damit die Prozesskosten minimiert werden. Aufgrund der definierten dreidimensionalen Struktur können Aptamere kleine organische Moleküle hochspezifisch binden. Im vorgestellten Projekt wird die Aufarbeitung von His6-GFP als Modellprotein mithilfe der mit Aptamer funktionalisierten Magnetpartikel durchgeführt. In bisherigen Versuchen wurde die Bindung von Aptameren auf den magnetischen Partikeln sowie die Bindung des Modellproteins GFP auf den Partikeln optimiert. Des Weiteren wurden mehrere Strategien zur Elution des GFPs von den Partikeln verfolgt, um den Proteinertrag zu maximieren und die Partikel rezyklieren zu können. Die Untersuchung unspezifischer Bindungen von Zelltrümmern und Proteinen an die Magnetpartikel wurde mithilfe eines konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops durchgeführt.
Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS)
(2014)
Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft.