Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung elektrochemischer Biosensoren zur Erweiterung oder zum Ersatz herkömmlicher Diagnostikverfahren. Als Basis für die Biosensoren wurden Elektrodenarraychips entworfen und im Reinraum gefertigt. Die als 9WPtE bezeichneten Elektrodenarrays waren aus 3 x 3 Elektrodenpaaren im 96-well-Maßstab (ANSI-Standard) aufgebaut. Jedes Elektrodenpaar bestand aus einer kreisrunden Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 1,9 mm und einer Gegenelektrode als offenem Kreisring um die Arbeitselektrode mit einem Durchmesser von 7 mm. Außerhalb des Reinraums wurden separate Messkammern und Ag/AgCl-Referenzelektroden integriert. Sowohl das Referenzsystem als auch die Signalqualität der 9WPtE-Elektrodenarraychips wurden mittels Zyklovoltammetrie, Impedanzspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie analysiert und anhand dieser Untersuchungen optimiert. Das Augenmerk lag hierbei auf den Produktionsprozessen zur Herstellung der Elektrodenarraychips, auf den Elektrolytbedingungen für die elektrochemischen Messungen und auf der Recyclebarkeit der Chips. Die Funktionalisierung der Arbeitselektroden der 9WPtE-Chips erfolgte mit sich selbst-organisierenden Schichten aus Thiolen. An die Thiole wurden mittels Chemoligation die biologischen Erkennungskomponenten kovalent gekoppelt. Mit dem 9WPtE-Elektrodenarray wurde auf diese Weise ein funktionsfähiger kompetitiver Immunosensoren gegen den Tumormarker Tenascin C entwickelt. Außerdem wurden der 9WPtE-Chip und ein zusätzlich entwickelter Durchflusssensor, basierend auf dem Prinzip des 9WPtE, genutzt, um die Möglichkeit der Detektion ganzer eukaryotischer Zellen zu untersuchen.

Elektroden aus Legierungen der Übergangsmetalle Vanadium, Titan und Niob und der reinen Metalle reagieren in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und des mit ihnen im Kontakt stehenden wässrigen Elektrolyten in höchst unterschiedlicher Weise. Für eine systematische Untersuchung der elektrochemischen Eigenschaften der Elektroden wurden neben den reinen Metallen binäre und ternäre Legierungen aus Vanadium, Titan und Niob, die jeweils Vanadium enthalten, hergestellt. Es wurden zum ersten Mal zusammenhängend ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Strukturuntersuchungen und Untersuchungen der Zusammensetzung der Oberfläche sowie der Morphologie bestimmt. Von den, sich mit einer halbleitenden Oxidschicht überziehenden Metallen, wurden die Halbleitereigenschaften im Elektrolytkontakt studiert, die grundlegenden Korrosionseigenschaften sowie ihr elektrochemisches Verhalten als Elektrodenmaterial in potentiometrischen Zellen und durch Strom-Spannungsmessungen bestimmt. Zur Aufklärung der Kinetik der Oxidschichtbildung wurden potentiostatische Stromtransienten ermittelt und mit bekannten Modellen verglichen.

A series of 3-(p-X-phenyl) thiophene monomers (X= –H, –CH3, – OCH3, –COOC2H5, –COCH3,–NO2) was electrochemically polymerized to furnish polymer films that could be reversibly reduced and oxidized (n- and p-doped). The oxidation potentials of the monomers and formal potentials of the n- and p-doping processes of polymers were correlated with resonance and inductive effects of the substituents on the phenyl ring as well as the semiempirically calculated heats of formation of the monomer radical cations. Moreover, the oxidation potentials of the monomers were correlated with the ionization potentials of the monomers calculated using density functional theory. The reactivity for coupling reactions and the major regioselective products of the polymerization reaction of mono- and oligo-3-phenylthiophenes are inferred from the calculated lone electron spin densities of the respective radical cations. The ionization potentials, which correspond to the energies for generating radical cations during oxidative processes were estimated.

Natural graphite from cheap and abundant natural sources is an attractive anode material for lithium ion batteries. We report on modifications of such a common natural graphite, whose electrochemical performance is very poor, with solutions of (NH4)2S2O8, concentrated nitric acid, and green chemical solutions such of e.g. hydrogen peroxide and ceric sulfate. These treatments resulted in markedly im-proved electrochemical performance (reversible capacity, coulombic efficiency in the first cycle and cycling behavior). This is attributed to the effective removal of active defects, formation of a new dense surface film consisting of oxides, improvement of the graphite stability, and introduction of more nanochannels/micropores. These changes inhibit the decomposition of electrolyte solution, pre-vent the movement of graphene planes along a-axis direction, and provide more passage and storage sites for lithium. The methods are mild, and the uniformity of the product can be well controlled. Pilot experiments show promising results for their application in industry.

In dieser Arbeit wird die Herstellung und spektroelektrochemische Charakterisierung von Polymeren aus alkylsubstituierten Anilinderivaten beschrieben. Hierzu wird die zyklische Voltammetrie sowie als in situ-spektroskopische Methoden UV-vis-, FTIR- und Raman-Spektroskopie eingesetzt. Aus allen eingesetzten Monomeren lassen sich elektroaktive und elektrochrome Polymere herstellen. Bei der Mehrzahl der Polymere konnten in situ-Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden, die eine intrinsische, vom Elektrodenpotential abhängige elektrische Leitfähigkeit zeigen. Der molekulare Aufbau innerhalb der Polymerketten wird durch FTIR- und Raman-Spektroskopie in Analogie zum Polyanilin identifiziert. Er ist wie beim Polyanilin vom Oxidationsgrad abhängig.

In dieser Arbeit wird die Herstellung und spektroelektrochemische Charakterisierung von Polymeren aus alkylsubstituierten Anilinderivaten beschrieben. Hierzu wird die zyklische Voltammetrie sowie als in situ-spektroskopische Methoden UV-vis-, FTIR- und Raman-Spektroskopie eingesetzt. Aus allen eingesetzten Monomeren lassen sich elektroaktive und elektrochrome Polymere herstellen. Bei der Mehrzahl der Polymere konnten in situ-Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden, die eine intrinsische, vom Elektrodenpotential abhängige elektrische Leitfähigkeit zeigen. Der molekulare Aufbau innerhalb der Polymerketten wird durch FTIR- und Raman-Spektroskopie in Analogie zum Polyanilin identifiziert. Er ist wie beim Polyanilin vom Oxidationsgrad abhängig.

Univ., Diplomarb., 2004--Kassel

Prion diseases are formed by a conformational change of prion-like protein (PrPC) with alfa-helix structure to the pathological isoform - prion (PrPSc) which acquires beta-sheet structure. PrPC physiological properties in the brain are insufficiently described but there is an assumption of its affinity to metal ions. Another protein with metal-binding ability is metallothionein (MT). Brain specific isoform of MT is called MT-III and it is assumed to participate in maintenance of metal ions concentration in the brain. Aim of this study was to prepare recombinant human PrPC in E. coli. Furthermore, this protein was used to detect interactions between metal ions (Cu, Zn), MT and PrPC by differential pulse voltammetry method. The final part was devoted to the MT-III determination in different genotypes of prion-infected and non-infectious mouse brain tissues.

Prion diseases are fatal transmisible neurodegenerative and infectious disorders (TSEs) of humans and animals, characterized by structural transition of the host-encoded cellular prion protein (PrPC) into the aberrantly folded pathologic isoform PrPSc. The main aim of this work is to summarize present information about prion diseases and their possibilities of determination pointed to electrochemical techniques. For this purpose cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry, differential pulse voltammetry Brdicka reaction and chronopotentiometric stripping analysis (CPSA) were used. The estimated detection limits were 32 ug/ml by CV, 16 ug/ml by DPV, 16 ug/ml by DPV -- Brdicka reaction and 8 ug/ml by CPSA. Subsequently, the influence of heat denaturation was observed. It clearly follows from the obtained results that signals of prion decreased linearly depending on the duration of the heat treatment at 99°C for various time intervals 0, 15, 30, 45, and 60 min. Moreover, we aimed our attention on studying of prion protein interaction with CdTe quantum dots (QDs) using electrochemistry. Primarily, we characterized electrochemical properties of QDs and the detection limit at 100 fg/ml was estimated. Further, electrochemical study of prion and QD interactions was carried out to find the most suitable conditions for sensitive detection of prion proteins. Detection limit (3 S/N) was estimated as 1 fg in 5 ul. This makes labeling of proteins with QDs of great importance due to easy applicability and possibility to use in miniaturized devices, which can be used in situ. This should open new possibilities how to determine the presence of these proteins on surgical equipment and other types of materials, which could be contagious.

This thesis is focused on corrosion protection of magnesium alloys AZ 91. Very important is material corrosion in some environments and last but not least surface treatment as grinding, polishing and etching. Theoretical part of this thesis is about magnesium and magnesium alloy. It focuses on properties, in order to determine the best procedure for corrosion protection. It characterize material corrosion- for example corrosion in special environment (atmosphere, water, etc.) or elektrolyte corrosion. Big part of theoretical part is focused on electrochemistry, in particular kinetic aspects (Tafel diagrams, corrosion current, etc.) and potentiostatic testing, where are observed properties of material in relation to potential: corrosion potential Ecorr, brakedown potential Ebd and repassivation potential Erp. This work present preparing, utilization and positive or negative aspects of corrosion protection. Metallography is important too since metallographical preparation is crucial for the research on the material. Described metallography procedures are mounting, grinding, polishing, etching and interpretation. Experimental part of this thesis is in particular about corrosion properties of magnesium alloy AZ 91. It focuses on calculation of corrosion rate in defferent environments. Principle is mass defekt of the alloy. The environments are: destilled water, hot service water and 3% NaCl solution (like sea water). Last but not least are important. procedure manipulation with materials. Very important are choice and composition of solutions, etching time, choice of polishing cloth, lubricant solution and good pressure. Beacuse of this aspects can be show corrosion action of environments on magnesium alloy AZ 91 by photographies.