Title: Hydrogel surfaces: development, characterization and application in protein chips
Language: English
Authors: Derwinska , Katarzyna 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Biochips/Hydrogele oberflächen/Immunoassays/Microarrays/Protein Microarrays/IgG
Biochips/ hydrogel surfaces/Immunoassays/Microarrays/Protein Microarrays/IgG
Advisor: Haberhauer, Georg
Issue Date: 2007
Number of Pages: 108
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Highly reactive and functional polymers are crucial for strong binding proteins to solid surfaces, especially in miniaturized highly parallel analysis systems, such as biochips. Because surface chemistry strongly influences molecular interactions and the bioactivity and target binding skills of the bound species, development of polymers and reactive surfaces is inevitable. The requirements for polymer surfaces in biochip technology are: high immobilization capacity, high density of reactive groups, optimum environment for the immobilized probe (in case of proteins water-like environment is preferred), low non-specific binding and good accessibility for the interacting molecules. The thesis summarizes the work on 3-dimensional mechanically stable polyurethane (PU) surfaces providing increased immobilization capacity, short assay times and excellent signal-to-noise ratio. Commercial poly(urethanes) of different swellability were tested either without modification or modified with periodic acid or various crosslinkers, such as hexamethylene diamine (HDA), poly(allylamine) (PAH) and poly(ethylenimine) (PEI). Furthermore, hydrogels containing cationic additives (e.g. cationic methacrylate) were used for protein immobilization.. The chip surfaces were evaluated with regard to signal-to-noise ratio, fluorescence background and data reliability (percentage of data available for data anlysis, % CV, etc.) using an antibody antigen interaction assay. All surfaces were also characterized by analytical methods, such as AFM and contact angle measurements.

Reaktive, funktionelle Polymere sind maßgeblich für eine feste Bindung von Proteinen an Oberflächen und Substrate, vor allem in miniaturisierten Analysesystemen, die für den Hochdurchsatz bestimmt sind. Dabei hat die Oberflächenbeschaffenheit entscheidenden Einfluß auf die molekularen Interaktionen, die Bindungseigenschaften und die Proteinaktivität. Deshalb ist die Entwicklung von "Chipoberflächen nach Maß" für die Anwendung in Proteinchips von großer Bedeutung.
3-dimensionale (3D) Hydrogele sind das Material der Wahl für Chipoberflächen zur Proteinimmobilisierung: Hydrogele bieten den einzigartigen Vorteil einer quasi-flüssigen Microumwelt, die die Proteinstruktur stabilisiert, und die Proteinaktivität aufrecht erhält.
Außerdem zeigen Hydrogele ausgezeichnete Immobilisierungskapazität und geringe unspezifische Adsorption. Die vorliegende Dissertation faßt die Entwicklung von Hydrogeloberflächen aus Polyurethan und Poly(vinyl alkohol) zusammen, die entweder als Reinmaterial, aktiviert mit Periodsäure, modifiziert mit amino-funktionellen Crosslinkern wie zB. Adipinsäuredihydrazid oder funktionalisiert mit Additiven wie Chitosan verwendet wurden. Mittels analytischer Methoden (Kontaktwinkelmessung, Profilometrie, AFM) wurden die Rauhheit, die Schichtdicke und das Quellverhalten der Hydrogeloberflächen ebenso bestimmt wie die Hydrophilie und Oberflächentopographie. Außerdem wurden die Hydrogeloberflächen in direkten, kompetitiven und Sandwich Immunoassays hinsichtlich Signal-Rausch Verhältnis, Fluoreszenzhintergrund und Datenreproduzierbarkeit bewertet. Die Ergebnisse aus physikalischer und biologischer Oberflächencharakterisierung wurden zueinander in Beziehung gesetzt mit dem Ziel, die Wechselwirkung zwischen Protein und Oberfläche besser zu verstehen und infolge Anforderungen an Chipoberflächen formulieren zu können, die es erlauben, Proteine in kontrollierbarer Weise zu immobilisieren. Außerdem wurde der Einfluß des Scanmodus, der PMT Verstärkung und der Spotmorphologie auf die Datenqualität und Reproduzierbarkeit in on-chip Immunoassays auf Hydrogeloberflächen untersucht.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-18652
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12459
Library ID: AC05034075
Organisation: E164 - Institut für Chemische Technologien und Analytik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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