Molekulare und nanostrukturelle Veränderungen in der Entwicklung von der weichen zur harten zur offenen Nussschale

Samen sind eine wichtige evolutionäre Entwicklung der Pflanzen, da sie den Embryo in vielen verschiedenen Umgebungsbedingungen ein Überleben auch für längere Zeit sichern. Die schützenden Samenschalen sind in ihrem Aufbau und ihrer Struktur sehr heterogen, da sie für unterschiedliche Umgebungsbedingungen als auch unterschiedliche Strategien zur Samenverbreitung optimiert sind. Nußschalen sind als harte und zähe Leichtbaustrukturen mit hoher Umweltresistenz konzipiert und daher sowohl der Materialaufbau als auch Ihre Bildung für die biomimetische Forschung von Interesse. Biologische Materialien werden nicht nur auf Basis des Materials (molekulare Zusammensetzung) optimiert sondern durch Form und Strukturoptimierungen auf Makro- Mikro- und Nanoebene. Diese Design-Prinzipien zu entschlüsseln ist eine große Herausforderung, die in diesem Projekt in 3 wichtigen Schritten verfolgt wird: 1) in-situ-Verfahren zu entwickeln um den molekularen Aufbau sowie Strukturen auf der Mikro- und Nanoebene in Samenschalen zu erfassen, 2) Heterogenität und gemeinsame Gestaltungsprinzipien anhand unterschiedlicher Arten zu erkennen und 3) die wichtigsten Entwicklungschritte des Materials von Entstehung (weich) , Reifung (hart) und das Öffnen im Zuge der Samenkeimung (offen) zu verstehen. Durch die Messung der inelastischen Streuung von Laserlicht (Raman-Mikroskopie), Abrastern mit einer Spitze (Rasterkraftmikroskopie AFM, digital pulsed force mode) und die Kombination beider (z.Bsp. optische Nahfeld-Mikroskopie-SNOM) sollen anspruchsvolle Anwendungen für die Bildgebung natürliche Verpackungsstrukturen entwickelt werden. Dies wird es ermöglichen, neue Einblicke in die Mikro- und Nanochemie sowie Nanomechanik in Zusammenhang mit Gewebe- und Zell Organisation zu gewinnen. Weiterhin werden vertiefte Kenntnisse über die Entwicklungsprozesse des Materials im Zuge der Reifung, sowie spezieller Öffnungsmechanismen entschlüsselt. Dies wird zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Design-Prinzipien führen, was wichtig ist, um Struktur-Funktions-Beziehungen abzuleiten. Zum Beispiel Fakoren und Zusammenhänge die die hohe Festigkeit , Rissbeständigkeit und Langlebigkeit erklären, können Inputs in intelligentes biomimetisches Materialdesign geben.