Kinetisch kontrollierte Selbstordnung von Polypeptiden zu 2- und 3-dimensionale Aggregate für die hierarchische Strukturierung von anorganischen Nanopartikeln

• Antragsteller: Dr. Frank Polzer
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249944173

Die Herstellung von Blockcopolymeren und deren Selbstorganisation in Lösung zu komplexen Aggregaten ist bis heute von großem wissenschaftlichen Interesse, da derartige Systeme für den Wirkstofftransport in Organismen, zur Strukturierung von Oberflächen, und vielen weiteren Anwendungen geeignet sind. Trotz deren stetig wachsender Komplexität werden diese Strukturen von (Poly)peptid Aggregaten wie z.B. Proteinen bei weitem übertroffen. In dem Projekt Kinetisch kontrollierte Selbstordnung von Polypeptiden in 2- und 3-dimensionale Aggregate für die hierarchische Strukturierung von anorganischen Nanopartikeln sollen synthetische (Poly)peptide unter verschiedenen Lösungsbedingungen wie z.B. Temperatur, pH-Wert, Salzkonzentration, etc. in geordnete 2- und 3-dimensionale Überstrukturen angeordnet werden. Dabei soll ein Hauptaugenmerk auf der kinetischen Kontrolle des Selbstaggregationsprozesses liegen, d.h. es soll die Einflussnahme verschiedener Lösungsbedingungen auf die Aggregation der (Poly)peptide untersucht werden. Der Einfluss der verschiedenen Lösungsbedingungen auf die (Poly)peptidaggregate soll dabei Informationen über die Wechselwirkung der unterschiedlichen Polypeptideinheiten liefern, welche weiterführend dazu genutzt werden können, entweder die (Poly)peptidstruktur oder die Lösungsbedingungen zu optimieren. Sofern sich die Aggregate als robust erweisen, werden diese in einem weiteren Schritt in Lösung mit unterschiedlichen (Poly)peptiden und/oder anorganischen Nanopartikeln versetzt um 2- und 3-dimensionalen Hybridstrukturen zu erzeugen. Die zwei verschiedenen Strategien hierfür sind die Ko-Aggregation von (Poly)peptide und Nanopartikeln oder die Aggregation von Nanopartikeln mit bereits vorgeformten 2- und 3-dimensionalen (Poly)peptidstrukturen. Eine dritte Möglichkeit der Nanopartikelimmobilisierung wird durch elementspezifische Bindungsstellen innerhalb der (Poly)peptidstrukturen ermöglicht. Bei den genannten Herstellungsverfahren gilt es sowohl den Prozessweg direkt zu verfolgen, was durch verschiedene optische Streu- und Absorptionsmethoden erreicht werden kann, als auch die 2- und 3-dimensionalen (Poly)peptidstrukturen nach Abschluss des Aggregationsprozesses mittels Kleinwinkelstreuung und Transmissionselektronenmikroskopie zu untersuchen. Bei letzterem soll mittels Tomographie unter Verwendung der cryogenen Transmissionselektronenmikroskopie die 3-dimensionale Struktur in wässriger Lösung mit einer Auflösung weniger Nanometer erhalten werden.Die oben beschriebenen Studien sind grundlagenbezogen, dennoch werden sich aus den gewonnen Erkenntnissen direkte Anwendungen, z.b. für die Herstellung sogenannten plasmonischen Solarzellen, ergeben. Durch die Einführung geordnete Schichten aus Metallnanopartikeln lassen sich bei diesen Systemen die Lichtausbeuten signifikant erhöhen und so deren Effizienz erhöhen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Darrin Pochan, Ph.D.