Design and development of a new generation of redox-biomaterials with tailor-made properties

Abstract

Das Ion Jelly(R) ist ein transparentes polymeres leitendes Material, welches aus einer ionischen Flüssigkeit, Gelatine und Wasser besteht.<br />Die Verwendbarkeit der Ion-Jelly-Technologie für die Herstellung kolorimetrischer enzymatischer Biosensoren mit Hilfe von immobilisierten Oxidoreduktasen, zusammen mit Phenol-4-Sulfonsäure und 4-Aminoantipyrin als farbgebende Substrate, wurde untersucht.<br />Um die optimalen Bedingungen für die Immobilisierung der Enzyme im Ion Jelly zu bestimmen, wurde der Einfluss verschiedener ionischer Flüssigkeiten sowie verschiedener Gelatinen auf die Enzymaktivität untersucht. Die Verwendung der ionischen Flüssigkeit [EMIM][EtSO4] und Gelatin des Typs A mit anschließender Reifung des Ion Jellys in einer geschlossenen Kammer mit einer gesättigten Natriumchlorid-Lösung, resultierend in einer Wasser-Aktivität von 76% bei 5°C, stellte sich als am Besten geeignet für die Produktion von Ion Jellies zur Immobilisierung der getesteten Oxido-Reduktasen heraus.<br />Unter diesen Bedingungen wurde die Kinetik von Meerrettich-Peroxidase (HRP), Glucose-Oxidase (GOx) und Alkohol-Oxidase (AOx) in der Ion Jelly-Matrix untersucht. Die Aktivität aller drei Enzyme war im Ion Jelly immobilisiert geringer als in wässriger Lösung. Die Aktivität der HRP war 13-mal, die der AOx 24-mal und jene der GOx 6-mal geringer. HRP und GOx wiesen gute Langzeit-Stabilität im Ion Jelly auf. Nach neun Wochen behielt HRP 91% ihrer ursprünglichen Aktivität, GOx behielt bis zu 100% ihrer ursprünglichen Aktivität über einen Zeitraum von vier Wochen.<br />

The Ion Jelly(R) is a transparent polymeric conducting material consisting of an ionic liquid, gelatin and water.<br />The applicability of the Ion Jelly-technology for the production of colorimetric enzymatic biosensors using immobilized oxido-reductases together with phenol-4-sulfonic acid and 4-aminoantipyrine as colour-generating substrates has been evaluated.<br />The effect of different ionic liquids and gelatins on the activity of the enzymes were studied in order to obtain optimum conditions for their immobilization in the Ion Jelly. The usage of the ionic liquid [EMIM][EtSO4] and gelatin type A with subsequent maturation of the material in a close chamber with a saturated solution of sodium chloride, resulting in a water activity of 76% at 5°C, have been found most suitable for the production of Ion Jellies for the immobilization of the tested oxido-reductases.<br />Using these conditions, the kinetics of horseradish peroxidase (HRP), glucose oxidase (GOx) and alcohol oxidase (AOx) have been studied in the Ion Jelly matrices. The activity of all tested enzymes were lower than in free solution when immobilized in the Ion Jelly. HRP activity was about 13 times, AOx activity 24 times and GOx acitivity 16 times lower. HRP and GOx showed good storage stability in the Ion Jelly. HRP retained 91% of its initial activity after nine weeks, GOx retained up to 100% after four weeks.<br />