Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Lehrstuhl für Materialwissenschaft Prof. Dr. Klaus D. Jandt Forschungsschwerpunkte  Biomaterialien  Antimikrobielle Materialien für Gesundheits- und Mobilitätsanwendungen  Proteinadsorption auf nanostrukturierten Oberflächen  Materialien für Geweberegeneration: Bioaktive und biologisch abbaubare Knochenzemente  Polymere  Funktionelle Nanomaterialien durch Selbstorganisation: Hybrid-Protein-Nanofasern  Polymerbasierte Nano-Wirkstofftransportsysteme mit maßgeschneiderten Eigenschaften  Composites  Kohlenstoffbasierte (Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen) Nano-Composites mit kontrollier- ter räumlicher Anordnung  Mikrowellen-Polymerisation von Faserverbundwerkstoffen Hybrid-Protein-Nanofasern (hPNF) sind aufgrund ihrer synergistischen biologischen und physikali- schen Eigenschaften von großem Interesse für bioinspirierte Materialwissenschaft und biomedi- zinische Technik. Die Herstellung und Etablierung von hPNFs, die mehr als eine Art von Protein ent- halten, waren bisher jedoch eine ungelöste Her- ausforderung. Herstellung neuartiger Biomaterialien durch molekulare Selbstorganisation In dem DFG Projekt „ Neue funktionelle Mate- rialien basierend auf selbstassemblierten Pro- tein-Nanofasern: Erzeugung und Verständnis von Nanofasern“ haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass sich die zwei Plasmaproteine Albumin und Hämoglobin unter ethanolinduzierter Denaturie- rung zu hPNFs selbst assemblieren. Die treiben- den Kräfte in diesem Bottom-up-Ansatz sind schwache hydrophobe Wechselwirkungen zwi- schen ähnlichen Aminosäuresequenzen der ver- schiedenen Proteine, die durch Konformations- änderungen freigesetzt wurden. Zusammen mit der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Volker Deckert (IPC, SDU Jena) waren wir mit Hilfe von nano-spektroskopischen Mes- sungen – der sogenannten Tip-enhanced Raman Spektroskopie (TERS) – in der Lage, die hetero- gene Natur der Proteinnanofasern nachzuwei- sen. Unsere bisherigen Untersuchungen haben den Grundstein gelegt, die Entstehungsmecha- nismen von hPNFs zu verstehen. Dies eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten, neue funktionel- le Materialien zu entwickeln, die auf natürlichen Stoffen und Bauprinzipien basieren. [1] Helbing C., et al. (2018): Protein Handshake on the Nanoscale: How Albumin and Hemoglobin Self-Assemble into Nanohybrid Fibers, ACS Nano. [2] Wang G. and Jandt K.D. (2018): Protein-mimetic peptide nanofi- bers: motif design, self-assembly synthesis, and sequence-specific biomedical applications. Progress in Polymer Science. Abb. 1. Schematische Darstellung der Untersuchung von Albumin/Hämoglobin hPNFs mittles TERS. Die Raman-aktiven Schwingungsmoden der Häm-Gruppe im Hämoglobin (violett) ermöglichen es, die heterogene Zusammensetzung der Protein-Nanofaser nachzuweisen. Grafik: Izabela Firkowska-Boden.