Atomistische Modellierung organisch-inorganischer Grenzflächen in Biosilica

• Antragsteller: Professor Dr. Gianaurelio Cuniberti
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Biomaterialien ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233120155

Während der ersten Projektphase der Forschergruppe haben wir zwei Hauptfragestellungen behandelt: (a) Untersuchung der Wechselwirkungs- und strukturellen Eigenschaften von Cholinemolekülen auf Siliciumdioxidoberflächen als Modelstudie eines einfachen Systems und (b) Assemblierungstendenzen von Polyaminen unter verschiedenen Bedingungen. Methodisch haben diese Untersuchungen dazu beigetragen, die Genauigkeit und die Grenzen der verwendeten atomistischen klassischen Kraftfelder einzuschätzen und sie werden die Grundlage dafür bilden, verschiedene Probleme in der zweiten Projektphase zu behandeln, wo der Fokus die atomistische Modellierung der organisch-inorganischen Grenzfläche sein wird. Wir planen folgende Aspekte zu untersuchen: (i) Hypotetischer katalytischer Effekt von Polyaminen bei der Bildung von Silikatsäuren, (ii) Assemblierungsverhalten von Polyaminen (und eventuell silaffinen in einer spätern Phase des Projekts) und Klärung der relevanten mikroskopischen Wechselwirkungen (elektrostatische, hydrophobische, Wasserstoffbrückenbindungen), (iii) Räumliche Organisation und typische Wechselwirkungen zwischen Polyaminen und Silicacluster, und (iv) erste Untersuchungen zu den Wechselwirkungseigenschaften von Polyaminen mit anderen organischen Komponenten wie Chitin und Silaffinen. Wir werden sowohl quantenchemische Methoden als auch klassische Simulationen verwenden und streben eine noch engere Kooperation mit den experimentellen Partnern an.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2038: Die Rolle nanostrukturierter organischer Matrizen in der biologischen Mineralisation des Silica
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Rafael Gutierrez