Selbstorganisation molekularer Schichten in 3D mit Hilfe vorgegebener Gerüste

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Heuer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 332724984

In den letzten Jahren, inspiriert durch die Eigenschaften des Zytoskeletts, hat die Liu Gruppe die Frame Guided Assembly (FGA)-Strategie entwickelt. Konkret wird durch ein vorgegebenes molekulares Gerüst bei der Selbstorganisation amphiphiler Moleküle die Größe und Form der resultierenden Molekülansammlungen vorgegeben. Die Liu Gruppe hat bereits die FGA-Strategie mit verschiedenen molekularen Gerüsten und verschiedenen amphiphilen Molekülen untersucht. Diese Studien haben das Verständnis über den Mechanismus der molekularen Anordnungen und Anwendbarkeit dieser Strategie verbessert. Verschiedene Ideen werden vorgestellt, um die Verwendung der FGA-Strategie während dieser Förderperiode weiter zu eruieren. Zum Beispiel sollen molekulare Gerüste studiert werden, die aus DNA Origami gebildet werden. Damit wäre eine große Variabilität möglich. Durch die Einbeziehung von verschiedenen hydrophilen und hydrophoben Moleküle wird geprüft, ob diese Art von Vesikel als multiloading-Plattform dienen kann. Darüber hinaus wird der Bereich der möglichen Oberflächenmodifikationen untersucht und die Biokompatibilität geprüft. Schließlich plant die Liu Gruppe eine systematische Untersuchung der zugrunde liegenden Eigenschaften von FGA für das Beispiel von Natriumdodecylsulfat (SDS). Durch Variation der Dichte der molekularen Gerüste und der SDS-Konzentration wird die Möglichkeit der FGA-Strategie systematisch erforscht.In Zusammenarbeit mit der experimentellen Gruppe wird die Heuer Gruppe das FGA-Konzept von einer grundlegenden theoretischen Perspektive analysieren. Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist es, das Verständnis der Mechanismen und Faktoren zu verbessern, die die Selbstorganisation beim FGA-Ansatz beeinflussen und zu einer effizienteren Selbstorganisation im Vergleich zur normalen Bildung von Mizellen und Vesikeln führen. Im Verlauf des Projekts wird die Komplexität der amphiphilen Moleküle erhöht. Startend mit einem minimalen Modellsystem, welches in optimierter Weise Mizellen bilden kann, ist eine detaillierte thermodynamischen Analyse, einschließlich freier Energieberechnungen, geplant. Auf diese Weise können die Auswirkungen von FGA im Detail untersucht werden. Im nächsten Schritt werden zwei mikroskopischer Systeme untersucht, die einen expliziten Vergleich mit den experimentellen Resultaten aus der Liu Gruppe ermöglichen. Der bisherige wissenschaftliche Austausch zwischen der Liu und der Heuer Gruppe wird beschrieben. Mit dem vorgeschlagenen Projekt sollen die erfolgreiche Zusammenarbeit fortgesetzt und neue Synergieeffekte genutzt werden. Der theoretische Hintergrund, der für dieses spezifische Projekt erforderlich ist (zum Beispiel Selbstorganisation von Modellsystemen, die Abbildung von vergröberten auf mikroskopische Systeme, freie Energieberechnungen, DNA-Eigenschaften), steht in der Heuer Gruppe zur Verfügung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Dongsheng Liu