Investigation on the use of mesoporous titanium dioxide as a substrate for globin adsorption: a strategy for protein based (electro) sensing.

Datum: 21 augustus 2018

Locatie: Campus Drie Eiken, B0.05 - Universiteitsplein 1 - 2610 Antwerpen-Wilrijk (route: UAntwerpen, Campus Drie Eiken)

Tijdstip: 9.30 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Stefano Loreto

Promotor: Vera Meynen & Karolien De Wael

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Stefano Loreto - Faculteit Wetenschappen, Departement Chemie



Abstract

De ontwikkeling van elektrochemische biosensoren is een zeer actief onderzoeksdomein in de chemie. Desondanks is er weinig bekend over mogelijke manieren waarop de immobilisatie van eiwitten (beter) kan worden gecontroleerd en hun activiteit maximaal behouden kan worden. Inkapseling van eiwitten in mesoporeuze materialen is een algemene strategie om de stabiliteit van het eiwit te verhogen. Er zijn echter uiteenlopende resultaten gerapporteerd over het effect van deze inkapseling op de stabiliteit en activiteit van de eiwitten na adsorptie in een mesoporeuze matrix. De adsorptie van eiwitten op een vast oppervlak is inderdaad een uitdaging omdat de adsorptiekinetiek en efficiëntie, evenals de stabiliteit en activiteit van de geadsorbeerde eiwitten, in hoge mate afhankelijk zijn van veel verschillende factoren Sommige sleutelfactoren worden daarbij over het hoofd gezien b.v. hydratatie en oppervlakchemie. In dit proefschrift richt ik mij op de verschillende aspecten die betrekking hebben op de adsorptie van eiwitten in mesoporeus materiaal. Het doel van deze studie is het onderzoeken van verschillende experimentele parameters, zoals buffer, pH en materiaaleigenschappen, zoals poriegrootte en oppervlakchemie, om de adsorptie en stabiliteit van het eiwit te optimaliseren. Bovendien wordt het effect van de materiaaleigenschappen op de eiwitstructuur en de eiwitactiviteit, na adsorptie geëvalueerd. Mesoporeuze titaniumdioxide (MT) wordt gebruikt als substraat voor de eiwitadsorptie omwille van de veelbelovend  naar de vorming van robuuste biosensoren toe.

In dit proefschrift wordt als eerste stap een eenvoudige maar efficiënte synthesemethode ontwikkeld om de snelle hydrolyse en condensatie van titania te controleren en zo MT te synthetiseren met uniforme poriën van verschillende grootte.

Vervolgens wordt de adsorptie van twee verschillende globine-eiwitten, paardenhart-myoglobine (hhMb) en humaan neuroglobine (NGB), in MT besproken. HhMb wordt gebruikt als een modelproteïne om de impact van de experimentele parameters en de materiaaleigenschappen op zowel de adsorptie-efficiëntie als de eiwitstructuur en -activiteit te bestuderen. NGB is onlangs ontdekt en de biologische functie ervan is nog steeds onduidelijk. Hier wordt de nadruk gelegd op het eigenaardige effect van de MT poriegrootte en oppervlakchemie op de structuur en activiteit van NGB na adsorptie.

Samenvattend, deze thesis behandelt de verschillende uitdagingen met betrekking tot de ontwikkeling van elektrochemische biosensoren op basis van globine eiwitten, welke geadsorbeerd zijn in MT. Het toont het gunstige effect van de inkapseling van eiwitten in het porienetwerk op eiwitstabiliteit en –activiteit, op voorwaarde dat de juiste condities gekozen worden waaronder pH, buffer, oppervlak chemie en poriegrootte.



Link: http://www.uantwerpen.be/wetenschappen