Molekulare Bioelektronik
Molekulare Bioelektronik Gruppe
Über
Wir entwickeln und erforschen bio-anorganische Hybridsysteme für elektronische und biosensorische Anwendungen, bei denen natürliche und künstliche Biomoleküle als funktionale Elemente wie Rezeptoren oder Transducer eingesetzt werden. Unser Hauptziel ist die Weiterentwicklung aktueller elektrochemischer Biosensorkonzepte, um die Erkennung kleinster Mengen von Neurotransmittern und Biomarkern in In-vitro- und In-vivo-Umgebungen oder für medizinische Point-of-Care-Anwendungen zu erleichtern.
Forschungsthemen
Unsere aktuellen Forschungsthemen konzentrieren sich auf:
- Oberflächenelektrochemie auf Proteinbasis;
- Bio-anorganische elektronische Heteroübergänge;
- Mikro- und Nanostrukturierung durch Softlithographie.
Molecular Bioelectronics : Biomoleküle wie Proteine oder Polynukleotide besitzen vielseitige Fähigkeiten in Bezug auf die molekulare Erkennung, die Selbstorganisation und sogar die elektrische Leitfähigkeit. Die Gruppe für molekulare Bioelektronik erforscht und nutzt diese Fähigkeiten durch die Integration von Biomolekülen in elektrische bio-anorganische Hybridsysteme. Elektronische Komponenten aus Biomolekülen können nicht nur in Biosensoren, Implantaten oder Elektronik für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden, sondern könnten auch als biologisch abbaubare Elektronik zur Verringerung von Elektronikschrott breite Anwendung finden.
Aptamer Sensoren: DNA-Aptamere können als Rezeptorschicht verwendet werden und in modernen Biosensoren Antikörper ersetzen. Wir entwickeln neue elektrochemische Aptamersensoren für die zuverlässige Point-of-Care-Erkennung diverser Biomarker. Darüber hinaus möchten wir derzeitige Rezeptorimmobilisierungs- und Signalverstärkungsmethoden weiterentwickeln, um die Sensorleistung zu verbessern. Es wurden mehrere neuartige Biosensorkonzepte entwickelt, die auf organischen elektrochemischen Transistoren, flexiblen Mikroelektroden-Arrays oder elektrochemischen Logikgattern basieren.
Organische elektrochemische Transistoren (OECTs) verwenden ein leitfähiges Polymer (PEDOT/PSS) als Kanalmaterial und ermöglichen hohe Transkonduktanzen bei niedrigen Spannungen, was für die Verstärkung und Aufzeichnung schwacher elektrophysiologischer in-vitro- und in-vivo- Signale von entscheidender Bedeutung ist. Wir verwenden OECTs als Transducer und Aptamer-Rezeptoren als Erkennungseinheit für die selektive Detektion biochemischer Signale wie die Freisetzung von Neurotransmittern. Das Ziel unserer Forschung ist die Entwicklung flexibler neuronaler Implantate, die in der Lage sind, elektrophysiologische und biochemische Signale zu erfassen, die mit neuronaler Aktivität korrelieren.
Mitglieder
Aktuelle Veröffentlichungen:
Zhu, Ruifeng, et al. "Plasmon-enhanced fluorescence and electrochemical aptasensor for SARS-CoV-2 Spike protein detection." Talanta 281 (2025): 126760.
Zhou, L.; Zhu, R.; Figueroa-Miranda, G.; Neis, M.; Offenhäusser, A.; Mayer, D. Ratiometric electrochemical aptasensor with strand displacement for insulin detection in blood samples. Analytica chimica acta 1317, 342823 (2024).
Liang, Y.; Figueroa-Miranda, G.; Tanner, J. A.; Huang, W.-F.; Offenhäusser, A.; Mayer, D. Highly sensitive detection of malaria biomarker through matching channel and gate capacitance of integrated organic electrochemical transistors. Biosensors and bioelectronics 242, 115712 (2023).
Zhou, Lei, et al. "Flexible multielectrode arrays based electrochemical aptasensor for glycated human serum albumin detection." Sensors and Actuators B: Chemical 386 (2023): 133730.
Hu, Z.; Li, Y.; Figueroa-Miranda, G.; Musall, S.; Li, H.; Martínez-Roque, M. A.; Hu, Q.; Feng, L.; Mayer, D.; Offenhäusser, A. Aptamer based biosensor platforms for neurotransmitters analysis. Trends in analytical chemistry 162, 117021 (2023).
Hu, Z.; Zhu, R.; Figueroa-Miranda, G.; Zhou, L.; Feng, L.; Offenhäusser, A.; Mayer, D. Truncated Electrochemical Aptasensor with Enhanced Antifouling Capability for Highly Sensitive Serotonin Detection. Biosensors 13(9), 881 (2023).
Figueroa-Miranda, G., et al. Delineating charge and capacitance transduction in system-integrated graphene-based BioFETs used as aptasensors for malaria detection. Biosensors and Bioelectronics 208 (2022) 114219.
Wu, C., Barkova, D., Komarova, N., Offenhäusser, A., Andrianova, M., Hu, Z., Mayer, D. Highly selective and sensitive detection of glutamate by an electrochemical aptasensor. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 414 (2022) 1609-1622.
Minopoli, A., et al. Ultrasensitive antibody-aptamer plasmonic biosensor for malaria biomarker detection in whole blood. Nature communications, 11 (2020) 1.
Lenyk, B., et al. D. Surface Plasmon-Enhanced Switching Kinetics of Molecular Photochromic Films on Gold Nanohole Arrays. Nano Letters, 20 (2020) 5243.
Zhang, Y., et al. Electrochemical dual-aptamer biosensors based on nanostructured multielectrode arrays for the detection of neuronal biomarkers. Nanoscale, 12 (2020) 16501.
Liang, Y., et al. Amplification of aptamer sensor signals by four orders of magnitude via interdigitated organic electrochemical transistors. Biosensors and bioelectronics, 144 (2019) 111668.
Liang, Y., et al. Tuning Channel Architecture of Interdigitated Organic Electrochemical Transistors for Recording the Action Potentials of Electrogenic Cells. Advanced functional materials, 29 (2019) 1902085.
Ehemalige Mitglieder:
Reetta Penttinen, Master Student until 11/2022
Yuchen Wei, Master Student until 05/2022
Marc Neis, Master Student until 05/2022
Yaqi Li, PostDoc until 10/2022
Bohdan Lenyk, Doctoral researcher until 08/2021
Yuanying Liang, Doctoral researcher until 01/2020
Lena Nörbel, Doctoral researcher until 03/2021
Changtong Wu, Doctoral researcher until 08/2020
Yuting Zhang, Doctoral researcher until 2020
Songyao Tang, Master Student until 11/2019
Yuanying Liang, Doctoral Researcher until 11/2019
Antonio Minopoli, Doctoral Researcher until 11/2019
Ting Guo, Academic Visitor until 10/2019
Carolin Psotta, Master Student until 03/2019
Martina Cimafonte, Doctoral Researcher until 01/2019
Ivan Kucherenko, Visiting Researcher
Ezgi Kivrak, Short-Term Exchange Student
Pengcheng Zhang, Doctoral Researcher
Anh Quang Tran, Doctoral Researcher
Maristella Coppola, Doctoral Researcher
Volker Schöps, Doctoral Researcher
Zhaozi Lyu, Doctoral Researcher
Andreea Belu, Doctoral Researcher
Prof. Lingyan Feng, Humboldt PostDoc fellow
Jasmin Spekowius, Master student
Mathis Ernst, Master student
Prof. Yaqing Liu, Guest PostDoc
Dr. Sivanesan Arumugam, Guest PostDoc
Dr. Karolina Caban, Humboldt PostDoc
Dr. Nils Sanetra, Doctoral Researcher
Prof. Xiang Dong, Doctoral Researcher
Dr. Sandra Gilles, Doctoral Researcher
Dr. Zhiwei Yi, Doctoral Researcher
Dr. Florian Schröper, Doctoral Researcher
Dr. Daniel Schwaab, Doctoral Researcher
Dr. Oliver Salomon, Doctoral Researcher
Pinggui Li, Doctoral Researcher
Feliks Pyatkov, Master Student
Stefanie Karpinski, Master Student
Martina Hitzbleck, Master Student
Nabeel Aslam, Master Student
Frank Amberger, Master Student