Polyelectrolyte Brush Electrodes for Protein Capture and Release
Doctoral thesis, 2020
Active switching of polyelectrolyte brushes requires control of the pH. However, controlled pH switching that is convenient and non-invasive has proven difficult to achieve. In this thesis electrochemistry was used to generate local pH gradients, that resulted in reversible switches of polyelectrolyte brushes, even in highly buffered liquids and in biological solutions like serum. Reversible electrochemical switching of polyelectrolyte brushes was accomplished by employing diazonium salt surface functionalization. Electrochemical switching was used to control protein-polyelectrolyte interactions to create polyelectrolyte brush electrodes that captured and released high quantities of proteins on-demand. Our method for electronic control of protein immobilization should increase the utility of pH-stimuli-responsive polymer brushes in applications such as bioanalytics, protein purification, and protein drug-delivery.
pH-responsive interfaces
Polyelectrolyte brushes
protein immobilization
electrochemistry.
Author
Gustav Ferrand-Drake Del Castillo
Chalmers, Chemistry and Chemical Engineering, Applied Chemistry
Quantitative Analysis of Thickness and pH Actuation of Weak Polyelectrolyte Brushes
Journal of Physical Chemistry C,;Vol. 122(2018)p. 27516-27527
Journal article
Large Changes in Protonation of Weak Polyelectrolyte Brushes with Salt Concentration-Implications for Protein Immobilization
Journal of Physical Chemistry Letters,;Vol. 11(2020)p. 5212-5218
Journal article
Enzyme Immobilization in Polyelectrolyte Brushes: High Loading and Enhanced Activity Compared to Monolayers
Langmuir,;Vol. 35(2019)p. 3479-3489
Journal article
Generic high-capacity protein capture and release by pH control
Chemical Communications,;Vol. 56(2020)p. 5889-5892
Journal article
Electrically Switchable Polymer Brushes for Protein Capture and Release in Biological Environments**
Angewandte Chemie - International Edition,;Vol. In Press(2022)
Journal article
Material som kan fånga in och släppa ifrån sig biomolekyler, som proteiner, med god kontroll är användbara i många avseenden. Proteiner utgör naturens byggstenar och möjliggör de kemiska reaktioner som håller oss levande. Med grundläggande förståelse för hur proteiner fungerar kan sjukdomar botas och skapa ny teknik för effektiv tillverkning av viktiga kemikalier. Men i nuläget saknas material med egenskaper för att hantera proteiner optimalt vilket begränsar i vilken utsträckning dessa kan användas. Jag har studerat hur ändkopplade polymerkedjor på elektroder, så kallade polymerborstar, kan användas för att styra hur ytor interagerar med proteiner genom elektriska signaler. Elektriska signaler skiftar polymerborsten mellan att vara laddad och oladdad, vilket i sin tur påverkar om proteinerna fastnar eller släpper från ytan. Polymerborstelektroderna kan på detta sätt användas för att fånga in, lagra och släppa ut stora mängder proteiner vid behov. Detta är en användbar egenskap i ny teknik för proteinhantering vid exempelvis analys av proteiner ur blodprov, frisättning av proteinläkemedel i kroppen eller för rening av proteiner i storskalig tillverkning.
Subject Categories
Polymer Chemistry
Materials Chemistry
Biophysics
Nano Technology
Biomaterials Science
Chemical Sciences
Biocatalysis and Enzyme Technology
ISBN
978-91-7905-414-4
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 4881
Publisher
Chalmers
Pater Noster våning 3 i Kemihuset, Digital disputation via Zoom se länk (Passcode: 283128)
Opponent: Brigitte Maria Städler