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Smart Polymers
Photoresponsive polymer-enzyme switches
LMU München, Seminar zur Einführung in die Biophysik Smart Polymers, Aylin Meinhold
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Smart Polymers1. Einführung in die Technik
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• Was sind smart Polymers?
• Warum der Begriff smart oder intelligent?
Reaktion auf äußere Reize
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Phasenseparation als Reaktion auf eine Änderung der umgebenden Bedingungen
Smart Polymers1. Einführung in die Technik
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Warum ist diese Methode nützlich?
• Anwendungen in der Medizin und Biotechnologie
• drug delivery. Smart polymers matrices
• Hydrogele, Bioseparation
• Immuntests
• rekombinante Proteine, zB Steuerung von Ligand oder Zellbindung
Smart Polymers1. Einführung in die Technik
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Smart Polymers1. Einführung in die Technik
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Biokonjugate
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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mögliche Bindungen
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Photoswitches
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Photoswitches:
• absorbiertes Licht aktiviert eine chem. Transformation, zB. Photoisomeration• dient hier als molekulare Antenne, bzw. molekularer Schalter
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Synthese der licht empfindlichen Polymere
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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LCST Verhalten unter UV bzw Vis Bestrahlung
Messtemperatur 45°C!
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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EndoglucanaseMutant N55C konjugiert mit DMAAm
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Katalytische Aktivität des N55C
Messtemperatur 45°C
Substrat: ONPCProdukt: Nitrophenol
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Reversibilität
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Smart PolymersPhotoresponsive polymer-enzyme switches
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Immobilisation an magnetic beads
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Fazit:
• Enzyme konnten mithilfe der Polymere durch Lichtbestrahlung an und aus geschaltet werden
Kontrolle der EnzymaktivitätEnzym kann ausgeschaltet bleiben bis es im Körper sein Ziel erreicht und dort mithilfe von optischer Fibertechnologie angeschaltet werden
• Reversibler Prozess• Microfluide• Lab on a chip
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Smart Polymers3. Ausblick
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Weitere Anwendungen
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Smart Polymers4. Quellen
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Quellen:
• Photoresponsive polymer–enzyme switchesTsuyoshi Shimoboji*, Edmund Larenas†, Tim Fowler†, Samarth Kulkarni*, Allan S. Hoffman*‡, and Patrick S. Stayton*‡
• Really smart bioconjugates of smart polymers andreceptor proteinsAllan S. Hoffman,1* Patrick S. Stayton,1 Volga Bulmus,1 Guohua Chen,1 Jingping Chen,1 Chuck Cheung,1Ashutosh Chilkoti,1 Zhongli Ding,1 Liangchang Dong,1 Robin Fong,1 Chantal A. Lackey,1 Cynthia J. Long,1Morikazu Miura,1 John E. Morris,1 Niren Murthy,1 Yoshikuni Nabeshima,1 Tae Gwan Park,1Ollie W. Press,1 Tsuyoshi Shimoboji,1 Sara Shoemaker,1 Heung Joon Yang,1 Nobuo Monji,2Robert C. Nowinski,2 Carole Ann Cole,2 John H. Priest,2 J. Milton Harris,3 Katsuhiko Nakamae,4Takashi Nishino,4 Takashi Miyata4
• A Mixed Stimuli-Responsive Magnetic and Gold NanoparticleSystem for Rapid Purification, Enrichment, and Detection ofBiomarkersMichael A. Nash, Paul Yager, Allan S. Hoffman, and Patrick S. Stayton*Department of Bioengineering, University of Washington, Seattle, WA 98195
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Lower critical solutionTemperature = LCST
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Smart Polymers2. Photoresponsive polymer-enzyme switches
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Ortsspezifische Mutagenese
• gezielte Steuerung der Bindung des Polymers an das Enzym