Nano- und mikrostrukturierte Materialien: Entwicklung von Methoden zur seitenspezifischen Ausrichtung und Anordnung von Coccolithen in suprapartikuläre Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. André Scheffel
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530113012

Coccolithen sind Mikroalgen-Zellwandschuppen, die aus Kalzitkristallen aufgebaut sind. Sie weisen komplexe Formen und Nanostrukturen auf und werden durch einen genetisch gesteuerten Biomineralisationsprozess gebildet. Ihre einzigartigen Formen und einzigartige Struktur verleiht diesen Mikropartikeln Eigenschaften, die für eine Reihe von Anwendungen attraktiv sind. Viele der möglichen Anwendungen erfordern jedoch zusätzliche Funktionalitäten und setzen eine uniforme Anordnung der anisotrop geformten Coccolithe voraus. Für derartige Erweiterungen des Eigenschafts- und Anwendungsspektrums der Coccolithe fehlen jedoch spezifische Methoden. Ziel des hier vorgeschlagenen Gemeinschaftsprojektes ist es, Methoden zur Assemblierung uniform-ausgerichteter Coccolith-Anordnungen und regioselektiven Funktionalisierung von Coccolithen zu entwickeln. Beides soll durch Ausnutzung der lokalen Unterschiede in der Zusammensetzung der unlöslichen organischen Matrix der Coccolithen erreicht werden. Zwei fundamental verscheidende Ansatzweisen werden verfolgt: (i) in vitro mit isolierten Wildtyp-Coccolithen und (ii) in vivo mit genetisch modifizierten Coccolithen. Bei letzterem Ansatz sollen mittels gentechnischer Verfahren, regioselektiv Proteine/(Poly-)Peptide in die organische Bodenplatte der Coccolithen eingeführt werden, die zusätzliche Kopplungsgruppen und Funktionalitäten für die Ausrichtung und Anordnung der Coccolithen auf Oberflächen bereitstellen. Besonderes Nutzpotential wird bei der regioselektiven Funktionalisierung der Coccolithen mit magnetischen Magnetit-Nanopartikeln gesehen. Es sollen daher Protokolle entwickelt werden, um Coccolithen mit magnetischen Eigenschaften auszustatten und magnetisch anzuordnen. Die strukturellen und physikalisch-chemischen Eigenschaften des Magnetit-Calcit-Hybridmaterials mit Coccolithmorphologie werden mit Hilfe einer Reihe von Analysemethoden bestimmt. Langfristig soll ein Werkzeugkasten für die Herstellung multifunktionaler Coccolithen und Coccolith-Anordnungen geschaffen werden, um fortgeschrittene Anwendungen für Coccolithen entwickeln zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Damien Faivre