Biotemplate und Phagen Display

Phagen Display

Die Synthese von anorganischen Materialien (z.B. Oxidkeramik) kann durch Peptide gesteuert werden. Um Peptide, die spezifisch an anorganische Materialien binden zu identifizieren wird die Methode des Phagen Displays eingesetzt (Abb. 1). Hierbei wird eine Peptidbibliothek auf der Oberfläche von genetisch modifizierten M13 Bakteriophagen exprimiert. Diese Peptidbibliothek wird mit dem Zielsubstrat inkubiert, wobei ein Teil der Phagen aufgrund der biochemischen Eigenschaften des Peptides spezifisch an das Zielsubstrat bindet. Phagen-Peptid Komplexe, bei denen die Peptide nicht mit dem Zielsubstrat interagieren werden eliminiert und schließlich die Peptid-Phagen Komplexe isoliert, deren Peptide spezifisch mit dem Substrat wechselwirken. Die Peptidsequenz wird über eine Sequenzierung der Phagen DNA bestimmt. Die exakten Bindungsstellen innerhalb eines Peptides werden dann mittels Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) bestimmt. Die Bindungsstärke bzw. die Affinität der Peptide zum Substrat wird durch verschiedene Methoden bestimmt. Die Bindungsstärke der Phagen-Peptid Komplexe werden durch Bindungs-Assays bestimmt (Abb. 2), während die Affinität einzelner Peptide durch NMR, Oberflächenplasmonenresonanz, oder Kristallmikro­waagen Experimente bestimmt werden. 

Biotemplate:

Im Laufe der Evolution entwickelte die Natur Verbundmaterialien aus organischen und anorganischen Bestandteilen mit außergewöhnlichen Materialeigenschaften. Diese Materialien, wie z.B. Perlmutt, werden mit Hilfe von Biomolekülen synthetisiert, die entweder als komplexes Templat zur Abscheidung eines anorganischen Materials oder als strukturgebende Einheit dienen. Von diesen natürlichen Bildungsmechanismen inspiriert, wurden hier am Lehrstuhl verschiedene Synthesemethoden entwickelt, die die Bildung von technisch relevantem Materialien wie Zinkoxid (ZnO) unter moderaten Reaktionsbedingungen (z.B. Temperatur, Druck, pH Wert) und in Anwesenheit eines Biotemplats erlaubt. Verschiedene Biotemplate wie DNA, Bakteriophagen oder Viren werden hierbei eingesetzt. Das Tabak Mosaik Virus (TMV) ist ein  300 nm langes Röhrenförmiges Virus mit einem Durchmesser von 18 nm und einem inneren Kanal mit einem Durchmesser von 4 nm. Dieses Virus wurde als Templat für die Abscheidung von ZnO genutzt und die Form des Virus im Beschichtungsprozess mittels chemical bath deposition (CBD) exakt beibehalten (Abb. 5 und 6). Weiterhin eröffnet die gentechnische Modifikation der Hüllproteine (auf der Oberfläche exprimierte Proteine) große Möglichen die Interaktion zwischen organischem Templat und anorganischem Material zu steuern.

TMV/ZnO Hybridmaterialien wurde erfolgreich zur Herstellung eines Feldeffekt-Transistors (FET) eingesetzt. Diese FETs arbeiten ohne eins sonst übliche Nachbehandlung (z.B. Wärme- oder Strahlungsbehandlung) und zeigt ein gutes Sättigungsverhalten und nur eine geringe Hysteresis.