S-layer directed nanoscale fluid mechanics
Abstract
Das zentrale Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Erforschung der Anti-fouling- und Strömungseigenschaften von S-Schichten. Bakterielle S(surface)-Schichten sind geordnete Proteinschichten, welche die äußerste Zellwandkomponente bei vielen Bakterien und Archaea bilden. S-Schichten sind hoch poröse Proteingitter, deren Elementarzellen in der Größe zwischen 3 und 30 nm und Poren im Bereich von 2 und 8 nm liegen. S-Schichten sind allgemein zwischen 5 und 20 nm dick (Archaea bis zu 70 nm). S-Schichtproteine gehören zu den am häufigsten vorkommenden Biopolymeren auf der Erde. Isolierte und gereinigte native, als auch rekombinant hergestellte S-Schichtproteine bilden in Lösung, sowie an Grenzflächen (einschließlich fester Oberflächen) wieder geordnete, selbst-assemblierte Mono- oder Doppelschichten aus. S-Schichten erfüllen für die Bakterienzelle verschiedene biologische Funktionen, wobei allen die vollständige Bedeckung und die regelmäßige Wiederholung der Oberflächeneigenschaften (Topographie und (bio)chemische Funktionalisierung) zu Grunde liegen. In diesem Zusammenhang sind auch die außergewöhnlichen Anti-fouling Eigenschaften von S-Schichten zu nennen, die in TEM-Aufnahmen von Gefrierätzpräparationen deutlich werden. Außerdem darf angenommen werden, dass S-Schichten auch den Strömungswiderstand von Bakterienzellen reduzieren und somit die Mobilität der durch Geißeln angetriebenen Bakterienzellen erhöhen. Für beide Phänomene wird als Arbeitshypothese die Modifikation der Struktur des an die S-Schicht gebundenen Wasers angenommen und untersucht werden. Die gewonnen Erkenntnisse werden durch Computersimulationen ergänzt. Das vorliegende Projekt ist der Grundlagenforschung zur Strömungsmechanik an geordneten molekularen Strukturen, im spezielle Fall am Beispiel von S-Schichten, zuzuordnen. Die Ergebnisse könnten aber auch für neue Entwicklungen von biokompatiblen, selbstreinigenden Oberflächen in der medizinischen Sensorik (micro Total Analysis Systems (uTAS)), (Bio)sensoren, High-Throuput Screening (HTS) Systemen für die DNA Analyse oder dem Ink-Jet Drucken komplexer Flüssigkeiten entscheidend sein.
S-Schichtproteine Wasserstruktur selbstreinigende Oberflächen Rheologie Strömungslehre
Publikationen
S-layer directed nanoscale fluid mechanics
Autoren: Pum, D; Toca-Herrera, JL; Sleytr, UB; Jahr: 2016
Projektbericht
S-layer directed nanoscale fluid mechanics
Autoren: Pum, D; Toca-Herrera, JL; Sleytr, UB Jahr: 2018
Projektbericht
Mitarbeiter*innen
Dietmar Pum
Ao.Univ.Prof.i.R. Dipl.-Ing. Dr.techn. Dietmar Pum
dietmar.pum@boku.ac.at
Projektleiter*in
30.09.2015 - 29.09.2018
Uwe B. Sleytr
O.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Uwe B. Sleytr
uwe.sleytr@boku.ac.at
Sub-Projektleiter*in
30.09.2015 - 29.09.2018
Andreas Breitwieser
Dipl.-Ing. Dr. Andreas Breitwieser
andreas.breitwieser@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-80339
Projektmitarbeiter*in
30.09.2015 - 29.09.2018
José Luis Toca-Herrera
Univ.Prof. Dr. José Luis Toca-Herrera
jose.toca-herrera@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-80311
Sub-Projektleiter*in
30.09.2015 - 29.09.2018