Hygroskopische Eigenschaften von natürlichen Oligosacchariden; Modellentwicklung und Test für die Wechselwirkungen mit Wasser

• Antragstellerin: Dr. Andrea Grafmüller
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 220972260

Ziel des Projektes ist es, die Quelleigenschaften von Hemicellulose-Polysacchariden zu erklären. Das große Quellvermögen dieser Moleküle ermöglicht für Pflanzen zuverlässig gesteuerte Bewegung unabhängig von Zellaktivität. Dies macht sie zu wertvollen Modellen für die Entwicklung von biomimetischen Materialien und Aktuatoren mit einer Vielzahl möglicher Anwendungen. Um diese Eigenschaften nutzen zu können, müssen ihr molekularer Ursprung und Aufbauprinzip verstanden werden. In diesem Projekt soll ein numerisches Model für Hemicellulose-Moleküle erstellt und im direkten Vergleich mit Experimenten validiert werden. Dazu sollen zunächst atomistische Simulationen von kleinen Polysacchariden verwendet werden, um ein detailliertes Bild der lokalen Zucker-Wasser-Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Freiheitsgrade und Quelleigenschaften zu erhalten. Ausgehend davon soll ein vergröbertes (CG)-Modell entwickelt werden um die Moleküle auf größeren, für atomistische Simulationen unzugänglichen, Längen und Zeitskalen zu untersuchen. Das CG-Modell soll in zwei Schritten erstellt werden: (i) Polymerkonformationen sollen mit Hilfe von aufgezeichneten „Potentialen der mittleren Kraft“ (PMF) für die glykosidischen Bindungen erfasst werden und (ii) optimale Zucker-Wasser-Wechselwirkungen sollen durch das „Force-Matching“-Verfahren direkt aus den atomistischen Simulationen ermittelt werden. Dies soll mit den PMF-Karten für die gebundenen Wechselwirkungen kombiniert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen