New analytical applications of gold nanoparticles

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-9489
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.12113

Kurniawan, Fredy

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Date of publication of this fulltext: 10 Feb 2009 15:24

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	9 February 2009
Referee:	Vladimir (Prof. Dr.) Mirsky
Date of exam:	27 March 2008
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik
Keywords:	Nanopartikel , Biosensor , Chemischer Sensor , Elektrochemischer Sensor , Gold , Gold-Nanopartikel , gold nanoparticles , electrochemical sensor , biosensor , chemical sensor
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	12113

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Abstract (English)

Abstract (English)

The work includes improvements of surface technology, new analytical applications of metallic nanoparticles and optimization of technological steps for production of different types of metallic nanoparticles in discrete and continuous modes. The technology of LbL deposition was optimized and applied for immobilization of metallic nanoparticles. SPR detection was used for the determination of optimal deposition conditions and on-line monitoring of the deposition process. Simple approach for automation of LbL deposition allowing one to deposit up to hundreds of layers was developed. The technology was proved by electrochemical analysis for deposition of electrochemically active polymers. A new diffusion based semi-quantitative assay for detection of sugars was suggested.
Electrochemical oxidation of glucose and dopamine on electrodes modified with gold nanoparticles was studied. Conditions for electrochemical analysis of these substances in the presence of typical natural interferents were evaluated. A combination of voltammetry and impedance spectroscopy was used to demonstrate a formation of insulating layer on gold surface, this resulted in explanation of anomalous shape of voltammetric curves. A combination of electrochemical and SPR measurements demonstrated directly a formation of an insulating layer on the electrode surface and was used for optimization of the assay conditions. The results indicate a possibility to develop an enzyme free sensors for glucose and dopamine.
It was discovered that gold nanoparticles are effective nucleating agents for protein crystallization. Nanoparticles induce protein crystallization at lower supersaturation and increase the number of protein crystals formed at higher supersaturation. The fact that this technology works with so different proteins as lysozyme and ferritin allows one to suggest that it may be also applied for many other proteins including the ones which are reluctant to crystallization by known technologies.
Irreversible freezing indicators based on gold nanoparticles were developed. The filling suspension containing nanoparticles, nucleation and stabilization agents were optimized in sense of stability and irreversibility of color changes. A large scale production of this indicator will be started in spring 2008.

Translation of the abstract (German)

Die Arbeit umfasst Verbesserungen der Oberfläche Technologie, neue analytische Anwendungen von metallischen Nanopartikeln und Optimierung der technologischen Schritte für die Herstellung von verschiedenen Arten von metallischen Nanopartikeln in diskreter und kontinuierlicher Art. Die Technologie der LbL Deposition wurde für die Immobilisierung von metallischen Nanopartikeln optimiert. SPR-Messungen wurden für die Bestimmung der optimalen Bedingungen der Deposition und der on-line Überwachung des Depositionsprozesses verwendet. Ein einfaches Verfahren für die Automatisierung der LbL Deposition wurde entwickelt, so dass bis zu Hunderte von Schichten abgeschieden werden können. Die Technologie wurde anhand der Abscheidung elektrochemisch aktiver Polymere durch elektrochemische Analyse geprüft. Ein neuer semi-quantitativer auf Diffusion basierender Assay für die Erkennung von Zuckern wurde vorgeschlagen.
Die elektrochemische Oxidation von Glucose und Dopamin mittels Gold-Nanopartikeln modifizierten Elektroden wurde untersucht. Die Bedingungen für die elektrochemische Analyse dieser Stoffe in der Anwesenheit von typischen natürlichen Interferenzen wurden ausgewertet. Eine Kombination von Voltammetrie- und Impedanz-Spektroskopie wurde verwendet, um die Bildung einer isolierenden Schicht auf der Gold-Oberfläche zu demonstrieren. Dies führte zu einer anomalen Form der Voltammogramme. Eine Kombination von elektrochemischen und SPR-Messungen hat direkt die Bildung einer Isolierschicht auf der Elektrodenoberfläche gezeigt und wurde für die Optimierung der Test-Bedingungen verwendet. Die Ergebnisse zeigen die Möglichkeit zur Entwicklung eines Enzym-freien Sensors für Glucose und Dopamin.
Es wurde entdeckt, dass Gold-Nanopartikel wirksame Keimbildner für die Protein Kristallisation sind. Nanopartikel induzieren die Protein Kristallisation bei niedriger Übersättigung und erhöhen die Anzahl der erzeugten Protein-Kristalle bei höherer Übersättigung. Die Tatsache, dass diese Technologie mit so verschiedenen Proteinen wie Lysozym und Ferritin funktioniert, erlaubt es vorzuschlagen, dass sie möglicherweise auch für viele andere Proteine, einschließlich derjenigen, die keine Kritallisation bei bekannten Technologien zeigen, anwendbar ist.
Irreversibel Frostindikatoren wurden auf der Grundlage von Gold-Nanopartikeln entwickelt. Die verwendete Suspension beinhaltet Nanopartikel, Keimbildner und Stabilisatoren, die im Sinne der Stabilität und der Irreversibilität der Farbänderung optimiert wurden. Eine groß angelegte Produktion von diesen Indikatoren wird im Frühjahr 2008 begonnen.

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