DE102010027936A1 - Immobilization of enzyme using plasmas - Google Patents

Immobilization of enzyme using plasmas Download PDF

Info

Publication number
DE102010027936A1
DE102010027936A1 DE102010027936A DE102010027936A DE102010027936A1 DE 102010027936 A1 DE102010027936 A1 DE 102010027936A1 DE 102010027936 A DE102010027936 A DE 102010027936A DE 102010027936 A DE102010027936 A DE 102010027936A DE 102010027936 A1 DE102010027936 A1 DE 102010027936A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
enzyme
carrier system
enzymes
plasmas
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102010027936A
Other languages
German (de)
Inventor
Prof. Dr. Bornscheuer Uwe
Dr. Schröder Karsten
Dr. Menyes Ulf
Dr. Böttcher Dominique
Torge Vorhaben
Dagmar Jasinski
Dr. Häckel Marko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INST BIOCHEMIE ERNST MORITZ ARNDT UNI GREIFSWALD
Neoplas GmbH
Institut fuer Biochemie der Universitaet Greifswald
Original Assignee
INST BIOCHEMIE ERNST MORITZ ARNDT UNI GREIFSWALD
Neoplas GmbH
Institut fuer Biochemie der Universitaet Greifswald
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INST BIOCHEMIE ERNST MORITZ ARNDT UNI GREIFSWALD, Neoplas GmbH, Institut fuer Biochemie der Universitaet Greifswald filed Critical INST BIOCHEMIE ERNST MORITZ ARNDT UNI GREIFSWALD
Priority to DE102010027936A priority Critical patent/DE102010027936A1/en
Priority to PCT/EP2011/056069 priority patent/WO2011131594A1/en
Publication of DE102010027936A1 publication Critical patent/DE102010027936A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • C12N11/082Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Enzym-Träger-System, erhältlich durch Behandlung von Kunststoffoberflächen mit kalten Plasmen (Niedertemperaturplasmen) und anschließender Immobilisierung von Enzymen auf den behandelten Oberflächen zur Steigerung der Enzymaktivität und der Anwendungsstabilität immobilisierter Enzyme. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung ohne spacerbildende stickstoffhaltige Verbindungen mit Kohlenstoffketten erfolgt.The invention relates to an enzyme carrier system, obtainable by treating plastic surfaces with cold plasmas (low-temperature plasmas) and then immobilizing enzymes on the treated surfaces to increase the enzyme activity and the stability of use of immobilized enzymes. The invention is characterized in that the plasma treatment takes place without spacer-forming nitrogen-containing compounds with carbon chains.

Description

Die Erfindung betrifft ein Enzym-Träger-System, erhältlich durch Behandlung von Kunststoffoberflächen mit kalten Plasmen (Niedertemperaturplasmen) und anschließender Immobilisierung von Enzymen auf den behandelten Oberflächen zur Steigerung der Enzymaktivität und der Anwendungsstabilität immobilisierter Enzyme.The invention relates to an enzyme-carrier system obtainable by treatment of plastic surfaces with cold plasmas (low-temperature plasmas) and subsequent immobilization of enzymes on the treated surfaces to increase the enzyme activity and the application stability of immobilized enzymes.

Stand der TechnikState of the art

Enzyme werden bisher durch eine Kombination von physikalischen und chemischen Techniken auf Kunststoffoberflächen gebunden. Da Kunststoffe in der Regel hydrophobe Oberflächeneigenschaften besitzen, Enzyme als Peptide in der Regel aber aus wässrigen Lösungen für die Immobilisierung bereit gestellt werden, muss die Kunststoffoberfläche zunächst hydrophilisiert werden. Dies geschieht nach Bosley et al. JAOCS 74_ 107–111 (1997) häufig durch die Benetzung mit einem wasserlöslichen Alkohol als Benetzungsvermittler. Ein anderer Weg ist die Behandlung mit physikalischen Plasmen unter Verwendung spacerbildender, stickstoffhaltiger Verbindungen mit Kohlenstoffketten, wie z. B. Aminen zu den Plasmagasen. Ziel ist die Bildung von mit Aminogruppen funktionalisierten Oberflächen für die spätere kovalente Anbindung von Enzymen in einem zweiten, nachfolgenden Schritt ( Yin et al PPP Volume 6 Issue 1 p68–75 , Alvarez et al. J App Pol Sci Volume 88 Issue 2 p 369–379 ). Häufig werden für diesen zweiten nachfolgenden Schritt zusätzliche Spacermoleküle wie z. B. Glutaraldehyd oder ähnliches wie Polymere oder Polymerkombinationen z. B. ein Polymer aus α-Hydroxyalkylenamin ( US4757014 ) verwendet. Im Patent US4757014 wird zur Haftvermittlung zusätzlich zwischen Polymerschicht und Kunststoffträger eine anorganische Oxidschicht bevorzugt aus plasmaabgeschiedenen siliziumorganischen Verbindungen eingebracht. Im US Patent 5344701 wird als koppelndes Agens Azalacton oder Azalacton-Polymerkombinationen unter Verwendung von Hochenergiestrahlung zur Erzeugung von Radikalen an der Oberfläche eingesetzt. Im WO2007/000163 werden unter Einsatz von Strahlung Disulfitfunktionen für die Kopplung von Polypeptiden auf Trägern verwendet. Einsatzfeld dieser Systeme sind die Molekularbiologie, die Biochemie, Pharmakologie und die medizinische Diagnostik. Im Patent DE 69737654T2 wird die Verwendung von Plasmastrahlung zur Vernetzung eingeschlossen wobei hier vorzugsweise als zusätzliches Vernetzungsmittel Ethylenglycolbis(succinimidylsuccinat) eingesetzt wird.Enzymes have hitherto been bound to plastic surfaces by a combination of physical and chemical techniques. Since plastics usually have hydrophobic surface properties, but enzymes are usually provided as peptides from aqueous solutions for immobilization, the plastic surface must first be hydrophilized. This happens after Bosley et al. JAOCS 74_ 107-111 (1997) often by wetting with a water-soluble alcohol as a wetting agent. Another approach is the treatment with physical plasmas using spacer-forming nitrogen-containing compounds having carbon chains, such as e.g. B. Amines to the plasma gases. The aim is the formation of amino-functionalized surfaces for the subsequent covalent attachment of enzymes in a second, subsequent step ( Yin et al PPP Volume 6 Issue 1 p68-75 . Alvarez et al. J App Pol Sci Volume 88 Issue 2 p 369-379 ). Frequently, additional spacer molecules such. As glutaraldehyde or the like as polymers or polymer combinations z. B. a polymer of α-hydroxyalkyleneamine ( US4757014 ) used. In US Pat. No. 4,757,014, an inorganic oxide layer, preferably of plasma-deposited organosilicon compounds, is additionally introduced between the polymer layer and the plastic carrier in order to promote adhesion. in the US Patent 5344701 is used as a coupling agent azalactone or azalactone polymer combinations using high energy radiation to generate radicals at the surface. in the WO2007 / 000163 Disulfite functions are used to couple polypeptides to carriers using radiation. Fields of application of these systems are molecular biology, biochemistry, pharmacology and medical diagnostics. In the patent DE 69737654T2 the use of plasma radiation for crosslinking is included, ethylene glycol bis (succinimidyl succinate) preferably being used here as an additional crosslinking agent.

Nachteil des Standes der TechnikDisadvantage of the prior art

Der Nachteil besteht zum Teil in den verwendeten aufwendigen Plasmaprozessen und in den ebenfalls aufwendigen nachfolgenden chemischen Schritten zur Kopplung der Enzyme auf die Oberfläche. Ziel ist offensichtlich eine Stabilitätssteigerung für die erhaltenen Enzym-Träger-Kombinationen. Eine wirtschaftliche Umsetzung dieser Herstellungsprozesse ist aber nur gegeben, wenn die so erhaltenen Enzym-Träger-Kombinationen in Anwendungen mit hohen Margen pro Einheit damit hergestellten Produktes eingesetzt werden. Dies trifft in der Regel nur für Produkte pharmazeutischer Anwendungen zu. Für eine breite industrielle Nutzung z. B. in der chemischen Industrie ist der Einsatz solcher aufwendig hergestellten Enzym-Träger-Systeme in der Regel aber nicht gegeben.The disadvantage consists partly in the complex plasma processes used and in the likewise complicated subsequent chemical steps for coupling the enzymes to the surface. The aim is obviously an increase in stability for the resulting enzyme-carrier combinations. However, economical implementation of these production processes is only possible if the enzyme-carrier combinations thus obtained are used in applications with high margins per unit of product produced therewith. This usually only applies to pharmaceutical products. For a wide industrial use z. As in the chemical industry, the use of such elaborately prepared enzyme-carrier systems is usually not given.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der im Stand der Technik beschriebenen technischen Lösungen zu beseitigen.The invention had the object to eliminate the disadvantages of the technical solutions described in the prior art.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wurde gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.The problem has been solved according to the features of the claims.

Erfindungsgemäß werden hierzu die vorzugsweise verwendeten handelsüblichen Kunststoffträgermaterialien, vorzugsweise Polypropylenträgermaterialien, mittels physikalischer kalter Plasmen aus Gasentladungsprozessen behandelt, wobei die Plasmabehandlung ohne spacerbildende, stickstoffhaltige Verbindungen mit Kohlenstoffketten erfolgt. Unter dem Begriff ”spacerbildende, stickstoffhaltige organische Verbindungen mit Kohlenstoffketten” werden gemäß der Lehre dieser Erfindung chemische Verbindungen verstanden, die eine Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung enthalten, wie z. B. Amine oder Amide, mit dem Ziel der Bildung von mit Stickstoffverbindungen funktionalisierten Oberflächen.According to the invention, the preferably used commercially available plastic carrier materials, preferably polypropylene carrier materials, are treated by means of physical cold plasmas from gas discharge processes, the plasma treatment being carried out without spacer-forming, nitrogen-containing compounds with carbon chains. The term "spacer-forming, nitrogen-containing organic compounds with carbon chains" are understood in accordance with the teachings of this invention, chemical compounds containing a carbon-nitrogen compound, such as. As amines or amides, with the aim of forming nitrogen-functionalized surfaces.

Bei diesen Niedertemperaturplasmen handelt es sich um Entladungen in Gasen, welche mittels hochenergetischer Radiofrequenztechnologie im Bereich niederfrequenter bis hochfrequenter Wellen bis hin zu Mikrowellen erzeugt werden.These low-temperature plasmas are discharges in gases, which are generated by means of high-energy radio-frequency technology in the range of low-frequency to high-frequency waves up to microwaves.

Diese Plasmen können sowohl in Vakuumreaktoren im Niederdruckbereich als auch im Normaldruckbereich, z. B. mit Jet-, Barriere und Hohlkathodenentladungen betrieben werden. Vorzugsweise setzt man Gasentladung ein, bei denen eine hohe Dichte an Ladungsträgern pro Volumeneinheit Gas besteht, wobei die Gastemperatur durch geeignete Prozessführung limitiert wird, um eine thermische Modifikation des Materials zu vermeiden. Somit wird die Oberfläche der Kunststoffe für eine Behandlung und Immobilisierung mit Enzymen, vorzugsweise aus der Klasse der Hydrolasen, vorzugsweise Carboxylesterasen, besonders bevorzugt Esterasen oder Lipasen sowie der Klasse der Oxygenasen, vorzugsweise Oxidoreduktasen, besonders bevorzugt Monooxygenasen, speziell bevorzugt Baeyer-Villiger-Monooxygenasen, optimal verändert. Durch die geeignete Auswahl an Plasmabehandlungsmethoden wird bei der Immobilisierung eine mehrfache Erhöhung der Enzymaktivität gegenüber unbehandelten vergleichbaren Kunststoffträgern erreicht. Die Erhöhung der Zahl der Wechselwirkungsstellen für die Enzyme auf der Oberfläche der Kunststoffträger werden durch die Plasmabehandlung ohne Einsatz zusätzlicher sogenannter nasschemischer Verfahren wie der Abscheidung von Vermittlerschichten aus Lösungen ermöglicht. Es entfallt gegenüber diesen klassischen nasschemischen Verfahren die Verwendung von z. T. toxischen Lösungsmitteln und deren Entsorgung nach der Nutzung und aufwendige Reinigungs- und Aufarbeitungsschritte wie Spülen und zeitaufwendiges Trocknen der behandelten Kunststoffmaterialien.These plasmas can be used both in vacuum reactors in the low pressure range and in the normal pressure range, eg. B. with jet, barrier and hollow cathode discharges are operated. Preferably, gas discharge is used in which there is a high density of charge carriers per unit volume of gas, the gas temperature being limited by suitable process control in order to avoid thermal modification of the material. Thus, the surface of the plastics for treatment and immobilization with enzymes, preferably from the class of hydrolases, preferably carboxylesterases, more preferably esterases or lipases and the class of oxygenases, preferably oxidoreductases, more preferably monooxygenases, especially preferably Baeyer-Villiger monooxygenases, optimally modified. By suitable selection of plasma treatment methods, a multiple increase in enzyme activity over untreated comparable plastic carriers is achieved during immobilization. The increase of the number of interaction sites for the enzymes on the surface of the plastic carriers are made possible by the plasma treatment without the use of additional so-called wet-chemical processes such as the deposition of mediator layers from solutions. It is against this classic wet chemical methods the use of z. T. toxic solvents and their disposal after use and consuming cleaning and processing steps such as rinsing and time-consuming drying of the treated plastic materials.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Enzymaktivität von immobilisierten Enzymen, insbesondere der Klasse der Esterasen, Lipasen und Oxigenasen auf Kunststoffträgern, vorzugsweise Polypropylen-Kunststoffen mit dem Ziel eines industriellen Einsatzes dieser immobilisierten Katalysatorsysteme verbessert wurden. Die Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der Stabilität der Enzym-Katalysatorsysteme und damit den Mehrfacheinsatz dieser Katalysatorsysteme bei nahezu gleichbleibend hoher Aktivität. Somit wird eine deutliche Kostenreduzierung im industriellen Einsatz bezogen auf den Produktionsumsatz gegenüber herkömmlichen Enzymkatalysatoren ermöglicht.Surprisingly, it has been found that the enzyme activity of immobilized enzymes, in particular the class of esterases, lipases and oxygenases on plastic substrates, preferably polypropylene plastics have been improved with the aim of industrial use of these immobilized catalyst systems. The invention enables an improvement in the stability of the enzyme catalyst systems and thus the multiple use of these catalyst systems with almost constant high activity. Thus, a significant cost reduction in industrial use based on the production turnover over conventional enzyme catalysts is made possible.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Erfindungsgemäß lässt sich überraschender Weise der hohe technische Aufwand der Enzymkopplung, wie er im Stand der Technik beschrieben wurde, für Enzyme aus der Klasse der Esterasen, Lipasen und Oxigenasen umgehen, durch die geeignete Wahl eines Trägers, vorzugsweise eines Polyalken-Trägers wie Polypropylen in Kombination mit einer einfachen schnellen Plasmabehandlung, die eine Hydrophilierung der Trägeroberfläche von kleiner 60 grad für den Wasserkontaktwinkel, bevorzugt kleiner 10 grad erreicht. Als Plasmagase kommen nicht plasmapolymerisierbare Gase, bevorzugt Argon bzw. Argon/Sauerstoff bzw. Argon/Luftgemische zum Einsatz. Darin enthalten können auch stickstoffhaltige Gase wie z. B. Ammoniak zugemischt werden. Als Plasmaquellen sind sowohl Mikrowellenplasmen als auch Radiofrequenzplasmen jeweils im Niederdruckbereich als auch unter Atmosphärendruck geeignet. Die Träger können in Form von Platten, Netzen, Membranen, anderen Strukturen oder bevorzugt als Pulver, porös oder nicht porös eingesetzt werden. Die Immobilisierung der Enzyme erfolgt aus Lösungen mit und ohne Puffer durch Lagern in der Lösung für mindestens 1 min bis zu mehreren Stunden bzw. Tagen bevorzugt 8–16 Stunden mit und ohne Durchmischung. Bevorzugt erfolgt danach ein Waschen und Trocknen des Enzym-Trägerkomplexes. Ein direkter Einsatz ohne waschen und trocknen ist ebenfalls möglich.Surprisingly, according to the invention, the high technical complexity of the enzyme coupling, as described in the prior art, for enzymes from the class of esterases, lipases and oxy gases can be circumvented by the suitable choice of a carrier, preferably a polyalkene carrier such as polypropylene in combination with a simple rapid plasma treatment, which achieves a hydrophilization of the support surface of less than 60 degrees for the water contact angle, preferably less than 10 degrees. The plasma gases used are not plasma-polymerizable gases, preferably argon or argon / oxygen or argon / air mixtures. This may contain nitrogen-containing gases such. B. ammonia are admixed. As plasma sources, both microwave plasmas and radio-frequency plasmas are suitable in the low-pressure range as well as under atmospheric pressure. The supports can be used in the form of plates, nets, membranes, other structures or preferably as a powder, porous or non-porous. The immobilization of the enzymes is carried out from solutions with and without buffer by storing in the solution for at least 1 min to several hours or days preferably 8-16 hours with and without mixing. Preferably followed by washing and drying of the enzyme-carrier complex. A direct use without washing and drying is also possible.

Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der TechnikAdvantage of the invention over the prior art

Die auf dem direkten einfachen und kostengünstigen Weg mit guter Möglichkeit zum up-scaling erhaltenen Materialien wurden Untersuchungen zur Langzeitstabilität unter unterschiedlichen Lagerungsbedingungen und dem Einsatz über mehrere Zyklen der Biokatalyse unterzogen. Dabei zeigten die Materialien eine gute Stabilität. Somit werden im Verhältnis zu den bisher bekannten Immobilisierungsstrategien mittels Vorbereitung der Oberfläche durch Plasmaprozesse sehr kostengünstige und stabile Enzym-Träger-Systeme erhalten. Diese können erfindungsgemäß bis zum industriellen Maßstab hergestellt werden. The materials obtained by the straightforward, simple and cost-effective route with good up-scaling capabilities have been studied for long-term stability under different storage conditions and over several cycles of biocatalysis. The materials showed good stability. Thus, very inexpensive and stable enzyme-carrier systems are obtained in relation to the previously known immobilization strategies by means of preparation of the surface by plasma processes. These can be prepared according to the invention to industrial scale.

Die Vorteile im Einzelnen sind:

  • – Steigerung der Enzymaktivität und der Stabilität von Esterasen durch Vorbehandlung der Trägeroberfläche mit einem Gasentladungsplasma zur Immobilisierung
  • – Steigerung der Enzymaktivität und der Stabilität von Lipasen durch Vorbehandlung der Trägeroberfläche mit einem Gasentladungsplasma zur Immobilisierung
  • – Steigerung der Enzymaktivität und der Stabilität von Oxygenasen durch Vorbehandlung der Trägeroberfläche mit einem Gasentladungsplasma zur Immobilisierung
The advantages in detail are:
  • - Increasing the enzyme activity and the stability of esterases by pretreating the support surface with a gas discharge plasma for immobilization
  • - Increasing the enzyme activity and the stability of lipases by pretreatment of the support surface with a gas discharge plasma for immobilization
  • - Increasing the enzyme activity and the stability of oxygenases by pretreatment of the carrier surface with a gas discharge plasma for immobilization

Erstmals wird mit der vorliegenden Erfindung ein Enzym-Träger-System bereitgestellt aus einem mit physikalischen Gasentladungsplasmen behandelten Kunststoffträger, vorzugsweise aus einem Polyalken-Polymer wie z. B. Polypropylen, aber auch anderen Kunststoffen ohne Zusatz von Hilfskomponenten in das verwendete Plasmagas, welche im Stand der Technik als Spacer zur kovalenten Bindung der Enzyme dienen sollten und Enzymen, vorzugsweise aus der Klasse der Esterasen, Lipasen und Oxigenasen. Dabei wird kein zusätzlicher Hilfsstoff für die Immobilisierung der Enzyme auf der Trägeroberfläche eingesetzt, der den Zweck hätte, für eine chemische Bindung zwischen plasmabehandelten Träger und dem Enzym zu sorgen.For the first time with the present invention, an enzyme-carrier system is provided from a treated with physical gas discharge plasmas plastic carrier, preferably from a polyalkene polymer such. As polypropylene, but also other plastics without the addition of auxiliary components in the plasma gas used, which should serve in the art as a spacer for covalent bonding of the enzymes and enzymes, preferably from the class of esterases, lipases and oxygenases. In this case, no additional excipient for the immobilization of the enzymes is used on the support surface, which would have the purpose of providing a chemical bond between plasma-treated carrier and the enzyme.

Erfindungsgemäß wird eine deutliche Steigerung der Enzymaktivität der Enzym-Träger-Systeme bei Verwendung der plasmabehandelten Kunststoffträger gegenüber den unbehandelten Trägern erreicht. Es wird weiterhin eine Verbesserung der Lager- und Nutzungsstabilität erzielt.According to the invention, a marked increase in the enzyme activity of the enzyme-carrier systems is achieved when using the plasma-treated plastic carriers in comparison to the untreated carriers. Furthermore, an improvement of the storage and use stability is achieved.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese Beispiele zu beschränken. The invention is explained in more detail below with reference to embodiments, without limiting the invention to these examples.

Ausführungsbeispieleembodiments

Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1

Plasmabehandlung im RF-Plasma:Plasma treatment in RF plasma:

Das Polypropylenpulver wird in einer RF-Plasmanalage mit 27,2 MHz behandelt. Dazu wird ausführungsgemäß 5 g des Pulvers vor der Plasmabehandlung auf einem mit 50 Hz vibrierenden Edelstahlprobenhalter in Sauerstoff bei 0,1 mbar für 30 min fluidisiert. Die Plasmabehandlung erfolgt im Sauerstoffplasma bei 80 W und einem Druck von 0,1 mbar für 5 min. Die Probe wird vor der Enzymbehandlung bei Raumtemperatur gelagert.The polypropylene powder is treated in an RF plasma system at 27.2 MHz. For this purpose, according to the embodiment, 5 g of the powder are fluidized before the plasma treatment on a 50 Hz vibrating stainless steel sample holder in oxygen at 0.1 mbar for 30 min. The plasma treatment is carried out in oxygen plasma at 80 W and a pressure of 0.1 mbar for 5 min. The sample is stored at room temperature prior to enzyme treatment.

Enzymimmobilisierung am Beispiel von CalB-Lipase:Enzyme immobilization using the example of CalB lipase:

500 mg des plasmabehandelten Polypropylenpulvers wird in einem 15 ml Glasgefäß mit 4 ml Enzymlösung inkubiert. Dazu wird ein 10 mM Natriumphosphatpuffer bei pH 7 eingesetzt. Die Inkubation erfolgt bei 20°C über Nacht mit einer Rührgeschwindigkeit vom 200 Umdrehungen/min. Nach der Inkubation wird das Material abfiltriert, 2 mal mit dem für die Immobilisierung eingesetztem Puffer (s. o.) gewaschen und über Nacht im Vakuum getrocknet. Die Lagerung vor den Aktivitätsmessungen erfolgt bei 4°C.500 mg of the plasma-treated polypropylene powder is incubated in a 15 ml glass vessel with 4 ml of enzyme solution. For this purpose, a 10 mM sodium phosphate buffer at pH 7 is used. The incubation is carried out at 20 ° C overnight with a stirring speed of 200 revolutions / min. After incubation, the material is filtered off, washed twice with the buffer used for the immobilization (see above) and dried overnight in vacuo. Storage before the activity measurements takes place at 4 ° C.

Aktivitätsbestimmung der immobilisierten CalB-LipaseActivity determination of immobilized CalB lipase

Die Bestimmung der Aktivität erfolgt mittels der pH-Stat Methode. Dazu wurde eine automatische Titrationsanlage (Titroline alpha®, Schott, Germany) benutzt. Für die Bestimmung wird 25 ml einer Emulsion aus 5% (w/v) Tributyrin und 2% (w/v) Gummi Arabicum in destilliertem Wasser eingesetzt. Zu der Emulsion wird eine bekannte Menge an immobilisierter CalB zugegeben und die Freisetzung der Säure titrimetrisch durch die Zugabe von 10 mM NaOH bei 37°C und einem konstanten pH Wert von 7,5 bestimmt. Eine TributyrinUnit (TBU) wird dabei festgelegt als die Freisetzung von 1 μmol Buttersäure pro Minute durch das immobilisierte Enzym.The activity is determined by the pH-stat method. These automatic Titrationsanlage (Titroline alpha ®, Schott, Germany) was used. For the determination, 25 ml of an emulsion of 5% (w / v) tributyrin and 2% (w / v) gum arabic in distilled water is used. A known amount of immobilized CalB is added to the emulsion and the release of the acid is determined titrimetrically by the addition of 10 mM NaOH at 37 ° C and a constant pH of 7.5. A tributyrin unit (TBU) is defined as the release of 1 μmol of butyric acid per minute by the immobilized enzyme.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Plasmabehandlung im Mikrowellenplasma:Plasma treatment in microwave plasma:

Die Plasmabehandlung von 1,5 g des Polypropylenpulvers erfolgt in einem handelsüblichen Mikrowellenplasmareaktor bei 2,45 GHz. Dazu wird die Anlage mit Argon gespült und danach bei einem Druck von 1 mbar bei 1200 W und einer Gaszusammensetzung von 60/40 (v/v) Sauerstoff/Argon für 10 s effektiver Plasmabehandlungszeit im gepulsten Plasma mit einer Pulsrate von 10/90 an/aus und einer Pulsfrequenz von 10 Hz behandelt. Das behandelte Material wird bei Raumtemperatur gelagert.The plasma treatment of 1.5 g of the polypropylene powder is carried out in a commercially available microwave plasma reactor at 2.45 GHz. For this purpose, the system is purged with argon and then at a pressure of 1 mbar at 1200 W and a gas composition of 60/40 (v / v) oxygen / argon for 10 s effective plasma treatment time in the pulsed plasma with a pulse rate of 10/90 on / out and a pulse rate of 10 Hz treated. The treated material is stored at room temperature.

Enzymimmobilisierung am Beispiel von PestE-Esterase:Enzyme immobilization using the example of PestE esterase:

500 mg des plasmabehandelten Polypropylenpulvers wird in einem 15 ml Glasgefäß mit 4 ml Enzymlösung inkubiert. Dazu wird ein 10 mM Natriumphosphatpuffer bei pH 7 eingesetzt. Die Inkubation erfolgt bei 20°C über Nacht mit einer Rührgeschwindigkeit vom 200 Umdrehungen/min. Nach der Inkubation wird das Materials abfiltriert, 2 mal mit Immobilisierungspuffer gewaschen und über Nacht im Vakuum getrocknet. Die Lagerung vor den Aktivitätsmessungen erfolgt bei 4°C.500 mg of the plasma-treated polypropylene powder is incubated in a 15 ml glass vessel with 4 ml of enzyme solution. For this purpose, a 10 mM sodium phosphate buffer at pH 7 is used. The incubation is carried out at 20 ° C overnight with a stirring speed of 200 revolutions / min. After incubation, the material is filtered off, washed twice with immobilization buffer and dried overnight in vacuo. Storage before the activity measurements takes place at 4 ° C.

Aktivitätsbestimmung der immobilisierten PestE-EsteraseActivity determination of immobilized PestE esterase

Die Bestimmung der Aktivität erfolgt mittels eines Schnelltest in 24-Well-Mikrotiterplatten. Dazu wird 400 μl einer Lösung von Tributyrin in DMSO (10 mg/ml) zu 1,2 ml Natriumphosphat-Puffer (5 mM, pH 7,3) gegeben und die Lösung bei Raumtemperatur gerührt. Nach Zugabe von 400 μl Bromthymolblau (1:10 (v/v) gelöst in DMSO) wird eine definierte Menge des immobilisierten Enzyms zugesetzt. Durch die Enzymreaktion freigesetzte Buttersäure verändert die Farbe der Lösung von blau nach gelb. Die Geschwindigkeit des Farbumschlags gibt einen Anhaltspunkt für die Aktivität des Materials. Für eine genaue Bestimmung der Aktivität wird die pH-Stat Methode (vgl. Ausführungsbeispiel 1) verwendet.The activity is determined by means of a rapid test in 24-well microtiter plates. To this is added 400 μl of a solution of tributyrin in DMSO (10 mg / ml) to 1.2 ml of sodium phosphate buffer (5 mM, pH 7.3) and the solution stirred at room temperature. After addition of 400 μl of bromothymol blue (1:10 (v / v) dissolved in DMSO), a defined amount of the immobilized enzyme is added. Butyric acid released by the enzyme reaction changes the color of the solution from blue to yellow. The speed of the color change gives an indication of the activity of the material. For an accurate determination of the activity, the pH-stat method (see Example 1) is used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4757014 [0002] US 4757014 [0002]
  • US 5344701 [0002] US 5344701 [0002]
  • WO 2007/000163 [0002] WO 2007/000163 [0002]
  • DE 69737654 T2 [0002] DE 69737654 T2 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Bosley et al. JAOCS 74_ 107–111 (1997) [0002] Bosley et al. JAOCS 74_ 107-111 (1997) [0002]
  • Yin et al PPP Volume 6 Issue 1 p68–75 [0002] Yin et al PPP Volume 6 Issue 1 p68-75 [0002]
  • Alvarez et al. J App Pol Sci Volume 88 Issue 2 p 369–379 [0002] Alvarez et al. J App Pol Sci Volume 88 Issue 2 p 369-379 [0002]

Claims (10)

Enzym-Träger-System, erhältlich durch Behandlung von Kunststoffoberflächen mit kalten Plasmen (Niedertemperaturplasmen) und anschließender Immobilisierung von Enzymen auf den behandelten Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung ohne spacerbildende, stickstoffhaltige Verbindungen mit Kohlenstoffketten erfolgt.Enzyme-carrier system obtainable by treatment of plastic surfaces with cold plasmas (low-temperature plasmas) and subsequent immobilization of enzymes on the treated surfaces, characterized in that the plasma treatment takes place without spacer-forming, nitrogen-containing compounds having carbon chains. Enzym-Träger-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffoberflächen Polyalken-Oberflächen, vorzugsweise Polypropylen-Oberflächen fungieren.Enzyme-carrier system according to claim 1, characterized in that act as plastic surfaces polyalkene surfaces, preferably polypropylene surfaces. Enzym-Träger-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Plasma-Gas Argon oder ein Argon/Sauerstoff-Gemisch oder ein Argon/Luftgemisch verwendet wird.Enzyme-carrier system according to claim 1 or 2, characterized in that argon or an argon / oxygen mixture or an argon / air mixture is used as the plasma gas. Enzym-Träger-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma-Gas zusätzlich Stickstoff und/oder Ammoniak enthält.Enzyme-carrier system according to claim 3, characterized in that the plasma gas additionally contains nitrogen and / or ammonia. Enzym-Träger-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Enzymen um Enzyme der Klasse der 5.1. Hydrolasen, 5.1.1. vorzugsweise Carboxylesterasen, 5.1.2. besonders bevorzugt Esterasen oder Lipasen oder 5.2. Oxygenasen, 5.2.1. vorzugsweise Oxidoreduktasen, 5.2.2. besonders bevorzugt Monooxygenasen, 5.2.3. speziell bevorzugt Baeyer-Villiger-Monooxygenasen, handelt.Enzyme-carrier system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the enzymes are enzymes of the class of 5.1. Hydrolases 5.1.1. preferably carboxylesterases, 5.1.2. particularly preferred esterases or lipases or 5.2. oxygenases 5.2.1. preferably oxidoreductases, 5.2.2. particularly preferred monooxygenases, 5.2.3. especially preferred Baeyer-Villiger monooxygenases, is. Enzym-Träger-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelte Kunststoffoberfläche eine Hydrophilierung der Trägeroberfläche von kleiner 30 grad für den Wasserkontaktwinkel, bevorzugt kleiner 10 grad, aufweist.Enzyme-carrier system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the treated plastic surface has a hydrophilization of the support surface of less than 30 degrees for the water contact angle, preferably less than 10 degrees. Enzym-Träger-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger in Form von Platten, Netzen, Membranen oder Pulvern vorliegen.Enzyme-carrier system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carriers are in the form of plates, nets, membranes or powders. Enzym-Träger-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger porös oder nicht porös vorliegen.Enzyme-carrier system according to claim 7, characterized in that the carriers are porous or non-porous. Verfahren zur Herstellung von Enzym-Träger-Systemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Plasmabehandlung die Immobilisierung der Enzyme aus Lösungen mit und ohne Puffer durch Lagern in einer Enzym-Lösung für mindestens 1 min bis zu mehreren Stunden oder Tagen, vorzugsweise 8–16 Stunden mit oder ohne rühren, erfolgt.A process for the preparation of enzyme-carrier systems according to any one of claims 1 to 8, characterized in that after the plasma treatment, the immobilization of the enzymes from solutions with and without buffer by storing in an enzyme solution for at least 1 min to several hours or Days, preferably 8-16 hours with or without stirring, takes place. Verfahren zur Herstellung von Enzym-Träger-Systemen nach Anspruche 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrowellenplasmen oder Radiofrequenzplasmen im Niederdruck- oder Atmosphärendruckbereich verwendet werden.Process for the preparation of enzyme-carrier systems according to Claim 9, characterized in that microwave plasmas or radio-frequency plasmas are used in the low-pressure or atmospheric pressure range.
DE102010027936A 2010-04-19 2010-04-19 Immobilization of enzyme using plasmas Withdrawn DE102010027936A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010027936A DE102010027936A1 (en) 2010-04-19 2010-04-19 Immobilization of enzyme using plasmas
PCT/EP2011/056069 WO2011131594A1 (en) 2010-04-19 2011-04-16 Immobilizing enzymes using plasmas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010027936A DE102010027936A1 (en) 2010-04-19 2010-04-19 Immobilization of enzyme using plasmas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010027936A1 true DE102010027936A1 (en) 2011-10-20

Family

ID=44148496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010027936A Withdrawn DE102010027936A1 (en) 2010-04-19 2010-04-19 Immobilization of enzyme using plasmas

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010027936A1 (en)
WO (1) WO2011131594A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757014A (en) 1985-11-08 1988-07-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Immobilization of biologically active protein on a polymeric fibrous support
US5344701A (en) 1992-06-09 1994-09-06 Minnesota Mining And Manufacturing Company Porous supports having azlactone-functional surfaces
WO2007000163A1 (en) 2005-06-27 2007-01-04 Bionanophotonics A/S Immobilisation of polypeptides by irradiation
DE69737654T2 (en) 1996-06-03 2007-12-27 Gore Enterprise Holdings, Inc., Newark MATERIALS AND METHODS FOR IMMOBILIZING BIOACTIVE SUBSTANCES ON BIODEGRADABLE POLYMERS

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2704995A (en) * 1994-06-13 1996-01-05 Abbott Laboratories Plasma treatment of polymeric materials to enhance immobilization of analytes thereto
GB0207350D0 (en) * 2002-03-28 2002-05-08 Univ Sheffield Surface

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757014A (en) 1985-11-08 1988-07-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Immobilization of biologically active protein on a polymeric fibrous support
US5344701A (en) 1992-06-09 1994-09-06 Minnesota Mining And Manufacturing Company Porous supports having azlactone-functional surfaces
DE69737654T2 (en) 1996-06-03 2007-12-27 Gore Enterprise Holdings, Inc., Newark MATERIALS AND METHODS FOR IMMOBILIZING BIOACTIVE SUBSTANCES ON BIODEGRADABLE POLYMERS
WO2007000163A1 (en) 2005-06-27 2007-01-04 Bionanophotonics A/S Immobilisation of polypeptides by irradiation

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Alvarez et al. J App Pol Sci Volume 88 Issue 2 p 369-379
Bosley et al. JAOCS 74_ 107-111 (1997)
NOSWORTHY,N.J.,et.al.:A New Surface for Immobilizing and Maintaining the Function of Enzymes in a Freeze-Dried State.In:Biomacromolecules,2009,10,S.2577-2583 abstract,S.2577,re.Sp. unten-S.2578,li.Sp.,Abs.2 *
Yin et al PPP Volume 6 Issue 1 p68-75
YIN,Yongbai,et.al.:Plasma Polymer Surfaces Compatible with a CMOS Process for Direct Covalent Enzyme Immobilization.In:Plasma Process. Polym.,2009,6,S.68-75 abstract,S.69,re.Sp.,Abs.2,3,S.70,li.Sp.,Abs.2-re.Sp.,Abs.1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011131594A1 (en) 2011-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2163617B1 (en) Enzyme preparations
DE102009015211A1 (en) Self-crosslinking polysiloxanes in coatings of enzyme immobilizates
Dorraki et al. Surface modification of chitosan/PEO nanofibers by air dielectric barrier discharge plasma for acetylcholinesterase immobilization
EP0707064B1 (en) Process for immobilizing biological components in a polymeric matrix as well as biosensors obtained therefrom
Gancarz et al. Plasma modified polymers as a support for enzyme immobilization 1.: Allyl alcohol plasma
US20110250679A1 (en) Methods and Compositions for High-Resolution Micropatterning for Cell Culture
EP0562371B1 (en) Immobilisation of biochemical substances
Chen et al. Biocatalytic membranes prepared by inkjet printing functionalized yeast cells onto microfiltration substrates
DE102013005184A1 (en) Method for functionalizing a surface
US20170314008A1 (en) Enzyme immobilization using iron oxide yolk-shell nanostructure
EP0562373A2 (en) Immobilisation of biochemical substances
DE102010027936A1 (en) Immobilization of enzyme using plasmas
DE2111773B2 (en) Semipermeable membrane
EP1379680A2 (en) Method for fixing biomolecules onto chemically inert surfaces
DE102007055865B3 (en) Modified multi-well plate for biochemical analysis and cell culture experiments
DE102005011926B4 (en) Process for the photochemical immobilization of proteins on polymeric support materials
EP1814919B1 (en) Method for producing multi-layered surface structures, particles or fibres
CN105219836A (en) The active aldehyde group modified substrate of a kind of microarray
DE3927056A1 (en) Polymeric bio:sensor or bio:catalyst - comprises layers contg. immobilised biologically active material film pores
EP2861731B1 (en) Method for activating a surface by increasing the hydrophilicity and/or for the bonding of target structures
CN105220237A (en) A kind of microarray active aldehyde group modified substrate and preparation method thereof
DE2438436A1 (en) MOLDED OBJECT WITH ENZYMATICALLY ACTIVE SURFACE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING
JP4269256B2 (en) Nerve cell culture substrate and method for producing the same
EP0475541A1 (en) Process for biological decomposition of recalcitrant organic compounds
EP1660568B1 (en) Hydrophobic object comprising a grid of hydrophilic regions, production of said object, and use of the same

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20131101