Protein-inspirierte selbst-assemblierte Monolagen zur Schadstoffentfernung und Ressourcenrückgewinnung aus Wasser

• Antragsteller: Dr.-Ing. Lukas Müller
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578379873

Wasserverschmutzung ist eine der großen Gefahren des 21. Jahrhunderts. Einige der molekularen und ionischen Schadstoffe haben bekanntermaßen negative Auswirkungen auf die Umwelt oder die menschliche Gesundheit, während andere noch wertvoll sind und wiederverwendet werden könnten. Derzeit gibt es keine zufriedenstellende Lösung, um solche bedenklichen Stoffe selektiv aus dem Wasser zu entfernen und zurückzugewinnen. Die Natur hat jedoch durch molekulare Selbstorganisation einfacher Bausteine in Proteinen sehr selektive und reversible Bindungsdomänen für viele solcher Moleküle und Ionen entwickelt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Funktion solcher Bindungsdomänen in ultradünnen Beschichtungen aus einfachen Molekülen, sogenannten selbst-assemblierten Monolagen (SAMs), nachzuahmen. Durch zufällige Co-Assemblierung einfacher SAM-bildender Moleküle, die die inspirierten Bindungsdomänengruppen tragen, wird die Bildung statistischer Superstrukturen vorhergesagt, die der Proteindomäne ähneln. Die Anwendung dieser Beschichtungen, beispielsweise auf Nanopartikeln, kann so zu sehr effizienten, nicht-toxischen, skalierbaren und hochselektiven Adsorptionsmaterialien führen. Darüber hinaus können solche molekularen Beschichtungen einen intrinsischen Freisetzungsmechanismus durch pH-Änderungen bieten, der von der Denaturierung in Proteinen inspiriert ist, um wertvolle Schadstoffe zurückzugewinnen und das Material zu recyceln. Während die funktionellen Gruppen, die die gemischten SAMs bereitstellen, ihren natürlichen Vorbildern entnommen sind, müssen ihr Mischungsverhältnis und ihre Rückgratlängen sowie -chemie optimiert werden. Daher werden die Adsorptionsleistungen durch Quantifizierung der relativen Adsorptionsmengen in Schadstoffgemischen mittels chromatographischer Trennung und Massenspektrometrie untersucht. Die identifizierten Champion-SAMs werden einer gründlichen morphologischen Charakterisierung unterzogen, die zusammen mit den Screening-Ergebnissen allgemeine Designprinzipien aufzeigen könnten, die zur Suche nach de novo SAMs für die Adsorption von Spezies, die keine bekannten Bindungsdomänen in Proteinen aufweisen, verwendet werden. Durch dieses Projekt könnte eine neue Klasse kostengünstiger Adsorptionsmaterialien für die gezielte Schadstoffentfernung und Ressourcenrückgewinnung aus Wasser initiiert werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Seth Marder