Gesteuerte Assemblierung funktionaler makromolekularer Bausteine: Carbon-NanoMembranen (CNM) und Purpur-Membranen (PM)

• Antragsteller: Professor Dr. Armin Gölzhäuser; Professor Dr. Norbert Hampp
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243325706

Die Assemblierung biomolekularer Makromoleküle auf unterschiedelichen Oberflächen is heute Stand der Technik. Die kontrollierte Assemblierung von 'selbsttragenden' supromolekularer Konstrukture ist noch in den Kinderschuhen, hauptsächlich weil die Bausteine dieser Art zu hohe molekulare Massen aufweisen um durch Braun'sche Bewegung in Kontakt zu kommen, was Voraussetzung ist um miteinander reagieren zu können.Wie beabsichtigen einen wichtigen Schritt in dieser Richtung zu machen indem wir CarbonNanoMembranen (CNM) und Purpurmembranen (PM) versuchen orientiert und kontrolliert zu assemblieren. CNM sind monomolekulare Schichten quervernetzter aromatische amphiphiler Moleküle. Sie weisen laterale Ausdehnungen von einigen Quadratcentimeter aus und haben eine Dicke von 1 nm. PM aus Halobakterium salinarum is ein Membranverbund aus Bakteriorhodopsin (BR) und Lipiden. BR is eine Licht getriebene Protonenpumpe. Einige zehntausend BRs sind hexagonal kristallin in der Lipiddoppelschicht der PM angeordnet.Das Ziel diese Projektes ist es Hybridstrukturen zu generieren aus CNM, als funktionalem Substrat, und orientiert kovalent angekoppelten PM. Eine solche Hybridstruktur is von generellem Interesse (i) wegen der Techniken für ihre Herstellung und (ii) ihren photoelektrischen Eigenschaften und als mesoskopischer Baustein z.B. für Sonnenlicht-getriebene Meerwasserentsalzung.Die Wahl CNM als Substrate für derartige supramolekulare Materialien zu verwenden beruht auf ihrer hohen Festigkeit, der Möglichkeit sie in großen Flächen zu produzieren, d.h. Quadratzentimeter, der Tatsache, dass eine ganze Reihe chemischer Möglichkeiten zu Modifikation der Oberfläche existieren, ihrer elektrischen Leitfähigkeit und ihrer erwarteten Protonenleitfähigkeit.Die Wahl PM als biologische Komponenten für dieses supramolekulare, einem Organell ähnliche Konstrukt zu verwenden rührt daher, das die BRs in jeder einzelnen PM von Natur aus unidirektional orientiert sind und ihrer leichten genetischen Modifizierbarkeit. Außerdem haben PMs sehr attraktive funktionelle Eigenschaften, d.h. die photovoltaische Spannungsgenerierung und der licht-getriebene Protonentransport. Nicht zu letzt sei auch die hohe physiko-chemische Stabilität von PM nicht unerwähnt bleiben.Das funktionale Konstrukt das man erhält sollke keinen mechanisches Substrat benötigen, so dass man es als Baustein für komplexere Systeme benutzen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen