Strukturkontrolle bei Nanotubuli aufgebaut aus Aminosäureamphiphilen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Gradzielski
• Mitantragstellerin: Professorin Dr. Dganit Danino
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233624625

Selbstaggregierte Nanotubuli sind aufgrund ihrer wohldefinierten Struktur und der einfachen Herstellung mit Hilfe eines bottom-up Prozesses sehr interessante kolloidale Systeme. Bisher wurden solche Systeme nur wenig untersucht und die Details ihrer Aggregationseigenschaften sind immer noch wenig verstanden. Unser Projekt beabsichtigt eine umfassende Untersuchung der Bildung selbstaggregierter Nanotubuli aufgebaut aus peptidmimetischen Amphiphilen (Aminsäureamphiphilen AAAs) in zwei Hauptrichtungen. Dieser umfassende Ansatz bringt die komplementäre Expertise der Technion (D. Danino) und TUB (M. Gradzielski) Gruppe im Bereich selbstaggregierter Systeme und ihrer Charakterisierung zusammen. Zunächst werden Zusammenhänge zwischen der Tendenz zur Ausbildung von Nanotubuli und der molekularen Architektur und der chemischen Motive der ausgewählten AAAs erarbeitet. Dies beinhaltet die systematische Variation der Amphiphilstruktur und die erforderliche Synthesearbeit wird zwischen beiden Gruppen geteilt. Nachfolgend erfolgt die detaillierte Charakterisierung der Aggregate durch mikroskopische Methoden, Streumethoden, Kalorimetrie und Spektroskopie, wodurch der gesamte Größenbereich von nm bis µm abgedeckt wird. Die Komplementarität der direkt abbildenden Methoden (TEM, Technion) und der Streumethoden (TUB) ist erforderlich um ein detailliertes strukturelles Bild zu erhalten. Aus diesen Ergebnissen werden Korrelationen zwischen mesoskopischer Struktur und dem molekularen Aufbau der AAAs abgeleitet. Hier, wie auch im gesamten Projekt, wird stets ein intensiver und häufiger Austausch der Forschungsergebnisse erfolgen, um den gemeinsamen Forschungsfortschritt zu optimieren.Zusätzlich werden zeitaufgelöste state-of-the-art cryo-TEM, SANS und SAXS Experimente durchgeführt, mit denen die Kinetik der strukturellen Umwandlungen sowie die dabei auftretenden Intermediate untersucht werden. Dies ist von zentraler Bedeutung zum Verständnis der Triebkraft beim Bildungsprozess der Nanotubuli und der vorliegenden Reaktionspfade. Diese Kenntnis ist essentiell zur rationalen Optimierung der Bildung von Nanotubuli. In der zweiten Richtung wird untersucht, in welchem Umfang sich die Selbstaggregation wohldefinierter AAAs über die Qualität des Lösungsmittels oder den Zusatz von Polymertensiden als strukturdirigierendem Agens steuern lässt. Dies würde einen einfachen Zugang zu Nanotubuli mit kontrollierten Radius und Wanddicke ermöglichen, ohne dabei ständig neue AAAs einsetzen zu müssen.Aufbauend auf dieser Arbeit wird dann das Potenzial der Nanotubuli als Template zur Ausbildung neuer Materialien untersucht. Dies wird in explorativer Weise zur Herstellung von Ag und Titanat/Silikat Stäbchen und Röhren als interessanten Kolloiden erfolgen. In dieser Art und Weise liefert dieses Projekt ein fundamentales und umfassendes Verständnis des molekularen bottom-up Prozesses zur Herstellung selbstaggregierter Nanotubuli und bringt diese gleichzeitig näher zur Anwendung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel