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S-Schicht stabilisierte funktionale Lipidmembranen (P14419-MOB)

Projektleitung
Pum Dietmar, Projektleiter/in
Laufzeit:
01.06.2000-30.04.2004
Art der Forschung
Grundlagenforschung
Projektpartner*innen
Max Planck-Institut für Polymerforschung, Mainz, Deutschland.
Funktion des Projektpartners: Partner
Mitarbeiter*innen
Sleytr Uwe B., Projektmitarbeiter/in
Gufler Petra, Projektmitarbeiter/in
Schuster Bernhard, Projektmitarbeiter/in
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Biophysik
Gefördert durch
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) , Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich
Abstract
Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Verwendung von kristallinen bakteriellen S-Schichtproteinen als Zwischen- und Stabilisierungsschicht in der Entwicklung und Herstellung Festkörperunterstützter funktioneller Lipidmembranen ("Solid supported functional lipid membranes"). Die S-Schicht soll als ultradünne Wasserhältige Schicht und Ionenreservoir zwischen Substrat und Lipidschicht dienen. Außerdem bietet sie eine natürliche Umgebung für die funktionalisierte Lipidmembran. Es sollen dabei zwei Hauptstrategien, die sich durch das verwendete Trägermaterial unterscheiden, verfolgt werden: 1.) Offenporige Polymermembranen oder Kernspurmembranen (Porendurchmesser 0.2¿m) und 2.) Siliziumwafer, die entweder mit Metallelektroden beschichtet, oder als Ionen Sensitive Feld Effekt-Transistoren (ISFET) ausgeführt sind. Nach dem Aufbringen von S-Schichtproteinen und der Herstellung einer Lipid-Doppelschicht,soll die komposite Struktur unter Nutzung von Standardverfahren (z.B. Rekonstitution oder Vesikelfusion) mit Transmembranfunktionen (z.B. Ionenkanäle) versehen werden. Weiters erwarten wir, daß die Rekristallisation einer zusätzlichen S-Schicht an der Außenseite der funktionalisierten Lipidmembran zu einer Verbesserung der mechanischen und chemischen Eigenschaften führen wird. Elektrochemische Verfahren, Surface-Plasmon-Resonanz und Impedanzspektroskopie sollen zur Bestimmung der physikalischen Parameter (z.B. Dicke der Membran, Kapazität, Lebenszeit, Durchbruchspannung, etc.) sowie der biologischen Eigenschaften der funktionalisierten Lipidmembranen eingesetzt werden.
Schlagworte
Molekulare Nanotechnologie (Nanoengineering); Biotechnologie; Biochemie; Biophysik; Mikrobiologie; Molekularbiologie; Biotechnologie; Ultrastrukturforschung;
Biosensor; Festkörper; Ionen Sensitiver Feld Effekt-Transistor (ISFET); kristalline bakterielle S-Schichtproteine; Lipidmembranen;
Publikationen

Pum, D., Sàra, M., Schuster, B., Sleytr, U.B. (2006): Bacterial Surface Layer Proteins: A Simple but Versatile Biological Self-Assembly System in Nature.

In: Chen, J., Jonoska, N., Rozenberg, G., Nanotechnology: Science and Computation, 277-290; Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, Germany; ISBN ISBN: 3-540-30295-6

Pum, D., Sleytr, U.B. (2005): Molecular nanotechnology – an emerging field.
[Natural Sciences in contemporary society. International Symposium der Europäischen Akademie der Wissenschaften und Künste, Ljubljana, Slovenia, October]

In: Europäischen Akademie der Wissenschaften und Künste: Natural Sciences in contemporary society. International Symposium der Europäischen Akademie der Wissenschaften und Künste, October, Ljubljana, Slovenia

Schuster, B., Györvary, E., Pum, D., Sleytr, U.B. (2005): Nanotechnology with S-Layer Proteins.

In: Vo-Dinh, T. , Protein Nanotechnology: Protocols, Instrumentation and Applications. Book Series: Methods in Molecular Biology, 300, 101-124; Humana Press, Totowa, NJ; ISBN 1-58829-310-6 FullText

Pisecker, M. (2005): Biophysical Investigations on S-Layer supported Lipid Membranes.

Diplomarbeit am Zentrum für NanoBiotechnologie der Universität für Bodenkultur Wien, 90; Wien, Austria

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** Györvary, E; Schroedter, A; Talapin, DV; Weller, H; Pum, D; Sleytr, UB Formation of nanoparticle arrays on S-layer protein lattices..

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IEE Proc Nanobiotechnol. 2004; 151(3):83-86 PubMed FullText FullText_BOKU

Pum, D., Sleytr, U. B. (2004): S-layers as patterning elements for supramolecular structures.
[Foundations of Nanoscience: Self-assembled architectures and devices, Snowbird, UT, USA, 21.04.2004 - 23.04.2004]

In: REif, J.: Foundations of Nanoscience: Self-assembled architectures and devices, 21.4.-23.4.2004, Snowbird, UT, 282-290

Sleytr, U.B., Egelseer, E.-M., Pum, D., Schuster, B. (2004): S-Layers.

In: Niemeyer, C.M., Mirkin, C.A. (Eds.), NanoBiotechnologie: Concepts, Methods and Perspectives, 77-92; Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Germany; ISBN 3-527-30658-7

Sleytr, U.B., Pum, D., Sára, M., Schuster, B. (2004): Molecular nanotechnology with 2-D protein crystals.

In: Nalwa, H.S. (Ed.), Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 5, 693-702; Academic Press, San Diego; ISBN 1-58883-061-6

Gufler, P.C. (2004): S-layer supported functional lipid membranes - S-Schicht stabilisierte funktionale Lipidmembranen.

Dissertation am Zentrum für NanoBiotechnologie der Universität für Bodenkultur Wien, 142; Wien

** Györvary, E., O´Riordan, A., Quinn, A., Redmond, G., Pum, D., Sleytr, U.B. Biomimetic nanostructure fabrication: Non-lithographic lateral patterning and self-assembly of functional bacterial S-layers at silicon supports.

Nano Lett., 3, 315-319 WoS FullText FullText_BOKU

** Györvary, ES; Stein, O; Pum, D; Sleytr, UB Self-assembly and recrystallization of bacterial S-layer proteins at silicon supports imaged in real time by atomic force microscopy..

J Microsc. 2003; 212(Pt 3):300-306 WoS PubMed

** Schuster, B., Gufler, P.C., Pum, D., Sleytr, U.B. Interplay of phospholipase A2 with S-layer supported lipid monolayers..

Langmuir, 19, 3393-3397 WoS FullText FullText_BOKU

** Schuster, B., Weigert, S., Pum, D., Sára, M., Sleytr, U.B. New method for generating tetraether lipid membranes on porous supports.

Langmuir, 19, 2392-2397 WoS FullText FullText_BOKU

** Sleytr, U.B., Györvary, E., Pum, D. Crystallization of S-layer protein lattices on surfaces and interfaces.

Prog. Organ. Coat., 47, 279-287 WoS FullText FullText_BOKU

** Sleytr, UB; Schuster, B; Pum, D; Nanotechnology and biomimetics with 2-D protein crystals..

IEEE Eng Med Biol Mag. 2003; 22(3):140-150 WoS PubMed

Pum, D., Sára, M., Schuster, B., Sleytr, U.B. (2003): S-layer based nanostructures.
[45th Symposium of the Society for Histochemistry, Les Diablerets, Switzerland, September]

In: Society for Histochemistry: 45th Symposium of the Society for Histochemistry, September, Les Diablerets, Switzerland, 29

Pum, D., Schuster, B., Sára, M., Sleytr, U.B. (2003): S-layer based nanostructures.
[14th Interdisciplinary Surface Science Conference, Liverpool, UK, June]

In: University of Liverpool, Institute of Physics (Ed.): 14th Interdisciplinary Surface Science Conference, June, Liverpool, T 34, Liverpool, England

Pum, D., Schuster, B., Sára, M., Sleytr, U.B. (2003): S-layer proteins as basic building blocks in a biomolecular construction kit.
[Workshop: Biology and Physics at Interfaces: From Single Molecules to Cells, Jülich, Germany, May]

In: Institute of Thin Films and Interfaces (Ed.): Workshop: Biology and Physics at Interfaces: From Single Molecules to Cells, May, Jülich, I 17, Jülich, Germany

** Schuster, B; Sleytr, UB; The effect of hydrostatic pressure on S-layer-supported lipid membranes..

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** Schuster, B; Sleytr, UB; Single channel recordings of alpha-hemolysin reconstituted in S-layer-supported lipid bilayers..

Bioelectrochemistry. 2002; 55(1-2):5-7 WoS PubMed

Sleytr, U.B., Pum, D., Györvary, E., Schuster, B., Küpcü, S., Sára, M. (2002): A supramolecular construction kit based on surface-layer proteins.

Progr. Colloid Polym. Sci., 121, 57-61 FullText FullText_BOKU

** Weygand, M., Kjaer, K., Howes, P.B., Wetzer, B., Pum, D., Sleytr U.B., Lösche, M. Structural reorganization of phospholipid headgroups upon recrystallization of an S-layer lattice.

J. Phys. Chem. B, 106, 5793-5799 WoS FullText FullText_BOKU

Gufler, P.C., Schuster, B., Pum, D., Sleytr U.B. (2002): S-layer-supported functional lipid membranes.
[293th WE-Heraeus-Seminar, NanoBionics II - from Molecules to Applications 2002, Marburg, Germany, 22.09.2002 - 26.09.2002]

In: Wilhelm und Else Heraeus Foundation (Ed.), 293th WE-Heraeus-Seminar, NanoBionics II - from Molecules to Applications, September, Marburg, p. 72, Marburg, Germany

Knoll, W., Sára, M., Pum, D., Sleytr, U.B. (2002): S-layer proteins as modules in supramolecular interfacial architectures.
[293th WE-Heraeus-Seminar, NanoBionics II - from Molecules to Applications 2002, Marburg, Germany, 22.09.2002 - 26.09.2002]

In: Wilhelm und Else Heraeus Foundation (Ed.), 293th WE-Heraeus-Seminar, NanoBionics II - from Molecules to Applications, September, Marburg, p. 38, Marburg, Germany

Schuster, B., Gufler, P.C., Pum, D., Sleytr, U.B. (2002): Supported functional lipid membranes based on cell surface layer (S-layer) proteins.
[293th WE-Heraeus-Seminar, NanoBionics II - from Molecules to Applications 2002, Marburg, Germany, 22.09.2002 - 26.09.2002]

In: Wilhelm und Else Heraeus Foundation (Ed.), 293th WE-Heraeus-Seminar, NanoBionics II - from Molecules to Applications, September, Marburg, p. 56, Marburg, Germany

Sleytr, U.B., Pum, D., Schuster, B., Sára, M. (2002): S-layer based nanostructures and nanotechnologies.
[COST D22 Workshop, Graz, Austria, 01.10.2002]

In: Institute for Biophysics and X-ray Structure Research (Ed.), COST D22 Workshop, Oktober 2002, Graz, -, Graz, Austria

** Schuster, B., Pum, D., Sara, M., Braha, O., Bayley, H., Sleytr, U.B. S-layer ultrafiltration membranes: a new support for stabilizing functionalized lipid membranes..

Langmuir, 17, 499-503 WoS FullText FullText_BOKU

Pum, D. (2001): S-Schicht stabilisierte Funktionale Lipidmembranen..

Zwischenbericht 2000 im Auftrag des FWF

Pum, D., Györvary, E., Moll, D., Schuster, B., Sleytr, U.B. (2001): Two-dimensional protein crystals (S-layers) as structural elements in nanobiotechnology..

In: Yates, J., National Academie of Science (Ed.): Arthur M. Sackler Colloquium on Nanoscience: Underlying Physical Concepts and Phenomena, Mai 2001, Washington, DC, USA

Pum, D., Györvary, E., Schuster, B., Sára, M., Sleytr, U.B. (2001): S-layers: a versatile biomaterial in nanotechnology..

In: Dini, L. Univ. of Lecce, Catalono, M., CNR-IME (Eds): Proc. 5th Multinational Congress on Electron Microscopy; Rinton Press, Inc., Princeton USA (ISBN 1-58949-003-7), Lecce, Italien

Schuster, B., Gufler, P.C., Pum, D., Sleytr, U.B. (2001): Crystalline bacterial S-layer proteins: a new supporting structure to separate and stabilize lipid-membranes..

In: American Vacuum Society (Ed.): 48th Int. Symp. of the American Vacuum Society, San Francisco, CA, USA. Abstract BI-FrM11, 275

Schuster, B., Sleytr, U.B. (2001): Single channel recordings of a-hemolysin reconstituted in S-layer stabilized lipid bilayers..

In: The Bioelectrochemical Society, Comenius University, Bratislava, Slovakia (Ed): XVIth Int. Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics, Book of Abstracts p. 52

Sleytr, U.B., Pum, D., Sára, M. (2001): A supramolecular construction kit based on 2D-protein crystals (S-layers)..

In: University of Cambridge, The European Science Foundation (Eds.): SMARTON 4 Workshop "The Interface between Nanochemistry and Nanobiology", Januar 2001, Cambridge/GB

Sleytr, U.B., Sára, M., Pum, D., Schuster, B., Györvary, E. (2001): A supramolecular construction kit based on S-layers..

In: Kolloid-Gesellschaft e.V., Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Universität Potsdam (Ed.): Colloids and Life Science. 40.Hauptversammlung der Kolloid-Gesellschaft, September, Potsdam, BRD; Book of Abstracts p.22

Sleytr, U.B., Pum, D., Sára, M. (2000): Nanobiotechnology and biomimetic with 2D-protein crystals (S-layers)..

EL.B.A.-Max Planck Forum 2000 on Nanoscale Science and Technology, September 2000, Rom, Book of Abstracts, 7 FullText

Vorträge

Pum, D., Sleytr, U. B. (2005): Nanobiotechnology with a supramolecular construction kit.

Strategic Research at the Nano-Bio Interface, 15.6.2005, Odense, Dänemark

Pum, D., Sleytr, U. B. (2004): S-layer based nanostructures.

Scientific symposium: new technologies in medicine, 1.4.2004, Donau-Universität Krems

Pum, D., Sleytr, U. B. (2004): S-layer based nanostructres.

NanoScience Colloquium, 24.11.2004, Dresden

Gufler, P.C., Schuster, B., Marek, M., Pum, D., Sleytr, U.B. (2003): S-layer supported functional lipid membranes.

8th International Summer School on Biophysics, Supramolecular Structure and Function, September, Rovinj, Croatia

Schuster, B. (2002): S-layer proteins as supporting structure to separate and stabilize lipid membranes..

Joint Seminar. Center for Ultrastructure Research, Universität für Bodenkultur Wien, Vienna, Austria

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