Charakterisierung der molekularen Selbstorganisation und makroskopischen Eigenschaften von Hydrogelen aus kurzen Peptiden

• Antragsteller: Professor Dr. Dariush Hinderberger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564104677

Hydrogele sind 3D-Netzwerke aus hydrophilen Polymeren, Polyelektrolyten, Proteinen oder Tensiden. Sie weisen ein hohes Verhältnis von Wasser zu trockenem Gel auf und quellen in Wasser um mindestens 10% in Volumen oder Gewicht. Sie können auf Umweltreize wie Temperatur, pH-Wert, Ladungsgradienten oder magnetische Felder ansprechen. Daher fallen sie in den Bereich der „intelligenten weichen Materie“. Aufgrund ihrer hochporösen Mikrostruktur, einstellbarer mechanischer Eigenschaften und hoher Oberfläche bieten Hydrogele prinzipiell breite Anwendbarkeit in einem breiten Spektrum von Themen und bergen Potenzial in zeitgemäßen Fragen wie Tissue Engineering, Energiespeicherung, Elektronik und Biosensoren sowie Wirkstoffabgabe. Allerdings, wie Veränderungen auf molekularer und nanoskopischer Ebene die makroskopische Ebene und Eigenschaften beeinflussen, ist oft komplex. Das Ziel der Forschung in diesem Antrag ist es zu verstehen, wie man rational die Eigenschaften von Hydrogelen, basierend auf kurzen Peptiden, in sich selbst und durch ihre Wechselwirkungen und Einbeziehung von Metallionen unterschiedlicher Ladung und chemischer Natur (Übergangs Metalle, Lanthanoide usw.) oder anderen kleinen und mittelgroßen amphiphilen Molekülen einstellen kann. Die getesteten Eigenschaften können z.B. aus verbesserten mechanischen Eigenschaften, anhaltenden oder beschleunigten Freisetzungs- oder Aufnahmeprofilen kleiner Moleküle bestehen. Das Hauptziel wird sein, die molekularen Ursprünge der so abgestimmten (makroskopischen) Eigenschaften zu verstehen, um ein ganzheitlicheres Designprinzip abzuleiten, das auf Interaktionsprofilen der gelbildenden Matrix und dieser Gelierung unterstützenden Moleküle/Ionen basiert. Diese Erkenntnisse und dieses Verständnis werden hauptsächlich durch continuous wave- (CW) und Puls-Elektronenspinresonanz (EPR) Spektroskopie an beigemischten Spin-Sonden (wie Stearinsäure Derivaten wie 16-DSA), an paramagnetischen Übergangsmetallionen direkt und spinmarkierten Peptiden gewonnen. ATR-IR-Spektroskopie an den sich bildenden Gelen (in Abhängigkeit von ihren Inkubationsparametern) wird einen Einblick in mögliche Sekundärstrukturelemente in den peptidbasierten Gelen geben und rheologische Messungen zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften während der Gelierung, im Gel und anschließend für funktionelle Zwecke.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen