title: Nanodisc embedded proteins as biorecognition elements on a graphene-based field-effect transistor for biosensing applications
Creators: name: Polt, Marie-Helene
Publisher: name: :none
Year: 2022

description: In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass schnelle und individualisierte Diagnose-Tools unerlässlich sind um die globale Gesundheit zu gewährleisten und aufrechtzuerhalten. Daher ist die zuverlässige Echtzeit-Detektion von Biomolekülen, die mit Krankheiten in Verbindung stehen, ein grundlegendes Problem unserer Zeit. Eine Möglichkeit, dieses Problem anzugehen, ist die Entwicklung von Biosensoren für medizinische Anwendungen. Innerhalb des breitgefächerten Feldes der Biosensoren zeichnen sich graphenbasierte Feldeffekttransistoren (gFETs) durch ihre hohe Empfindlichkeit aus. Um sie zusätzlich selektiv für entsprechende Biomoleküle zu machen, muss ihre Oberfläche mit Biorezeptoren modifiziert werden. Eine besonders relevante Gruppe von Biorezeptoren befindet sich in der Zellmembran von menschlichen Zellen. Die Verwendung dieser Rezeptoren im Kontext von Biosensoren würde den spezifischen Nachweis einer Vielzahl von Biomolekülen ermöglichen. Die Immobilisierung dieser Rezeptoren auf der Graphenoberfläche stellt jedoch eine Herausforderung dar. Außerdem benötigen diese Membran-Biorezeptoren eine besondere Umgebung, die nur durch die Einbettung in Lipid-Nanodiscs gegeben ist. Ziel dieser Arbeit war es daher, eine erfolgreiche Immobilisierungsstrategie für die, in Nanodiscs eingebettete Proteine, auf einem gFET zu untersuchen und diese als Biosensoren zu testen. Dazu wurden die modifizierten Sensoren mit Hilfe von Atomkraftmikroskopie (AFM), Raman-Spektroskopie, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) sowie elektrischen Messungen in einer elektrolytischen Umgebung charakterisiert.
description: As the recent years have shown, fast and individualized diagnostic tools are essential for guaranteeing and maintaining global health. Because of that, the need for reliable real-time detection of biomolecules related to diseases is a fundamental issue of our time. One way of tackling this issue is developing biosensing devices for medical applications. Within the vast field of biosensors graphene-based field-effect transistors (gFETs) stand out due to their high sensitivity. To additionally make them selective towards respective biomolecules their surface has to be modified with bioreceptors. One particularly relevant group of bioreceptors are situated within the cell membrane of human cells. Using these receptors as biosensing moieties would allow the specific detection of a wide range of biomolecules. However, how to immobilize these receptors on the graphene surface remains a challenging quest. Further those membrane bioreceptors request a particular environment, which is only provided when embedding them in lipid nanodiscs. Therefore the aim of the work of this thesis was to investigate a successful immobilization strategy for nanodisc embedded proteins on a gFET and to test them as biosensing units. This was done by characterizing the modified devices using atomic force miroscopy (AFM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), as well as electrical measurements in a liquid environment.