Selbstfaltende Partikelketten

Selbstfaltende Partikelketten Die Materialsynthese in biologischen Systemen unterscheidet sich völlig von technologisch produzierten Materialien. Naturstoffe sind hauptsächlich weiche Materialien mit einer Vielzahl Funktionalitäten, die auf externe Stimulation reagieren können. Wir schlagen einen experimentellen Weg zur Schaffung 3D-strukturierter Nano- und Mikromaterialien durch gerichtete Selbstfaltung kolloidaler Ketten vor. Dieser allgemeine Ansatz von Design und Herstellung 3-D, künstlich geschaffener funktionalisierter Materialien basierend auf Selbstorganisation ist experimentell noch nicht erforscht. Eine universelle Materialstruktur findet sich in Peptidketten, die aus einem limitierten Set an Monomeren durch Selbstfaltung der Polymerkette strukturell und funktional unterschiedliche Stoffe bilden. Die Faltung wird durch die Sequenz verschieden interagierender Peptide angeleitet. Ketten, die sich ähnlich wie Proteine, welche sich in vorgegebene Weise selbst falten und assemblieren, sind eine verlockende Perspektive. Dies verspricht die Herstellung von Materialien, die dreidimensionale Struktur-Funktions-Beziehungen zeigen könnten. Diese Materialien hätten interessante Eigenschaften wie z.b. eine codierbare strukturelle und funktionelle Sensitivität gegenüber Umweltbedingungen und die Fähigkeit zur Selbstreparatur durch Umfaltung. Kürzlich zeigten wir anhand von Simulationen dass es möglich ist, Ketten von Kolloiden herzustellen, welche sich spontan zu vorgegebenen Zielstrukturen falten können. Die Simulationen zeigen dass gerichtete Selbstfaltung durch ein breit gefächertes Angebot an kolloidalen Interaktionspotentialen, Patch-Wechselwirkungen und Anzahl von Patches möglich ist. Wir sind deshalb zuversichtlich, dass wir in der Lage sind auf experimentellem Weg ein Set von Kolloiden mit charakterisiertem Interaktionspotenzial zu realisieren, welche die reduktionistischen Kriterien des Modells erfüllen. Die Partikel werden zu linearen Ketten verbunden und dazu verwendet, das Konstruktionsprinzip zu erforschen, welches 3D-Strukturen in gefaltete Ketten codiert. Das Hauptaugenmerk dieser interdisziplinären Studie liegt auf der Etablierung passender Charakterisierungstechniken und Protokollen zur Herstellung und Eigenschaftsbestimmung kolloidaler Monomere und Kettensequenzen, sowie deren Faltung in 3D-Strukturen. Diese neue Methode zur Faltungscharakterisierung in Echtzeit wird durch die Anwendung fortgeschrittener Mikroskopiertechnik, vorwiegend digitale holographische Mikroskopie, entwickelt werden. Diese Technik ist der Größe und zeitabhängigen Bewegung der beobachteten Kolloide angepasst und wird in Kombination mit konfokaler Fluoreszenzmikroskopie angewandt. Gemeinsam mit der Synthese des neuen Kolloidsystems werden diese Entwicklungen es ermöglichen, die theoretischen Vorhersagen designbarer, selbstfaltender, 3D-kolloidaler Stoffe auf Basis von uneinheitlichen kolloidalen Partikel-Monomeren schrittweise experimentell nachzuweisen.