Rapid and simple preparation of thiol–ene emulsion-templated monoliths and their application as enzymatic microreactors

Abstract

A novel, rapid and simple method for the preparation of emulsion-templated monoliths in microfluidic channels based on thiol-ene chemistry is presented. The method allows monolith synthesis and anchoring inside thiol-ene microchannels in a single photoinitiated step. Characterization by scanning electron microscopy showed that the methanol-based emulsion templating process resulted in a network of highly interconnected and regular thiol-ene beads anchored solidly inside thiol-ene microchannels. Surface area measurements indicate that the monoliths are macroporous, with no or little micro- or mesopores. As a demonstration, galactose oxidase and peptide-N-glycosidase F (PNGase F) were immobilized at the surface of the synthesized thiol-ene monoliths via two different mechanisms. First, cysteine groups on the protein surface were used for reversible covalent linkage to free thiol functional groups on the monoliths. Second, covalent linkage was achieved via free primary amino groups on the protein surface by means of thiol-ene click chemistry and l-ascorbic acid linkage. Thus prepared galactose oxidase and PNGase F microreactors demonstrated good enzymatic activity in a galactose assay and the deglycosilation of ribonuclease B, respectively.

Challenges and Advances in the Fabrication of Monolithic Bioseparation Materials and their Applications in Proteomics Research

“…The loading capacity of the reactor was about 2 pmol of glycoprotein, resulting in the sensitivity as high as 100 fmol of glycoprotein and 0.1 µL of human serum. Other kinds of polymeric monoliths such as the emulsion‐templated monoliths could be also formed in microfluidic channels via thiol–ene chemistry of PTMP and triallyl‐1,3,5‐triazine‐2,4,6(1H,3H,5H)‐trione . The galactose oxidase and PNGase F were immobilized onto the surface of polyHIPE monoliths, exhibiting good enzymatic activity.…”

Schwefel in der modernen Materialwissenschaft

“…Mehrere Gruppen entwickelten monolithische Säulen aus porösem Hybridmaterial (HPMCs, hybrid porous monolithic columns), oft in Verbindung mit polyedrischen oligomeren Silsesquioxanen (POSS), zum Nachweis von kleinen Molekülen durch Thiol‐Kupplungen . HPMCs sind eine relativ neue Erfindung für die Reinigung und Trennung, die die schnelle Trennung spezifischer Zielverbindungen mit hoher Durchflussgeschwindigkeit und hohem Durchsatz ermöglicht .…”

“…Die Forschung auf dem Gebiet der Mikrofluidik entwickelt sich auch immer stärker zu einem Schwerpunkt in der Materialwissenschaft . Thiol‐Kupplungen wurden in der Mikrofluidikforschung umfassend genutzt, um so unterschiedliche Materialien wie Funktionspolymere in Form von Kügelchen, Mikroaktuatoren, Fasern mit nicht kreisförmigem Querschnitt, anisotrope Mikropartikel, Sensorkanäle, durch weiche Lithographie erzeugte Mikrostrukturen, Hydrogele und Wellenleiter herzustellen, und auch um mikrofluidische Kanäle selbst zu erzeugen …”

“…Aufbauend auf diesem Konzept erfolgte seitdem durch andere Gruppen eine breitere Anwendung von OSTE zur Entwicklung modifizierbarer Polymermaterialien für verschiedene Zwecke. Das Prinzip wurde außerdem auf eine nichtstöchiometrische Thiol‐In‐Chemie (OSTY, off‐stoichiometry thiol‐yne chemistry) ausgedehnt . Obwohl OSTE zwangsläufig gegen das Konzept der “stöchiometrischen Komponenten” der Klick‐Chemie verstößt, kann diese Verfahrensweise äußerst nützlich sein, wenn Modifizierungen nach der Polymerisation vorgenommen werden sollen.…”

Simple Preparation of Thiol–Ene Particles in Glycerol and Surface Functionalization by Thiol–Ene Chemistry (TEC) and Surface Chain Transfer Free Radical Polymerization (SCT‐FRP)

“…The stoichiometric imbalance between functional groups in the OSTE system results in unreacted thiol or ene groups within the polymer structure as well as on surfaces and can therefore directly be used for surface modification via TEC . Thus, hydrophilic and hydrophobic functional groups and biological moieties can easily be introduced, as well as more specific groups, such as maleic anhydride and cysteamine, which have been applied for immobilization of enzymes.…”