Proteine als Sprungfedern

Chemiker deponieren Biomoleküle in einem geordneten dünnen Film auf einer Oberfläche und erhoffen sich davon neue Synthesewege für funktionelle Materialien.

Proteine bilden Sprungfedern
Proteine bilden Sprungfedern

Richland (USA) - Wie die Sprungfedern in einer Matratze ordnen sich zahlreiche Proteine senkrecht auf einer Oberfläche an. Möglich wurde dieser bisher einzigartige Aufbau einer Oberfläche mit einem neuen Verfahren, das Chemiker vom Pacific Northwest National Laboratory in Richland entwickelt haben. Wie sie in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" berichten, könnten mit solchen Schichten auf verdrillten Biomolekülen sowohl Materialien mit neuen Eingeschaften synthetisiert als auch das Verhalten von Proteinen auf molekularer Ebene besser untersucht werden.

"Wir fanden einen spannenden Weg, um mit komplexen Molekülen auf einer Unterlage neue Werkstoffe zu entwickeln, die sich nicht mit anderen Standardmethoden aufbauen lassen", sagt die Chemikerin Julia Laskin. Zusammen mit ihren Kollegen verteilte Laskin Biomoleküle auf der Basis der Aminosäuren Alanin und Lysin in einer flüssigen und gasförmigen Mischung. Diese sprühten sie durch eine feine Düse auf eine hochreine Oberfläche. Weil sie die Biomoleküle, die Peptide, zuvor elektrisch aufgeladen hatten, ließen sie sich mit elektrischen Feldern kontrolliert auf der Oberfläche absetzen.

Nach zahlreichen, zuerst erfolglosen Versuchen mit diesem "Elektrospray-Verfahren" schafften es die Forscher, dass sich die Moleküle wie winzige Sprungfedern senkrecht auf der Oberfläche anordneten. "Sie formten eine gut organisierte, schöne Schicht", sagt der beteiligte Forscher Peng Wand. Wegen der vielfältigen Bindungsmöglichkeiten der Biomoleküle könnten nun solche Sprungfeder-Schichten als Grundlage für neue funktionelle Oberflächen dienen. Die Wissenschaftler denken dabei an Materialien, die sich bei Lichteinfall oder Stromfluss quasi auf Knopfdruck ändern. Neben solchen schaltbaren Werkstoffe könnte dieser Ansatz auch zur gezielten Anordnung von Nanoteilchen und so für den Aufbau neuer Materialien für Solarzellen oder molekulare Schaltkreise genutzt werden. "Wir hoffen, viele chemische Prozesse mit diesen dünnen Filmen durchführen zu können", sagt Laskin.