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Projekt
NMR-Untersuchungen zur molekularen Dynamik wasserstoffbrückenbildender Flüssigkeiten in nanoskopischen Confinements
Antragsteller
Professor Dr. Michael Vogel
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 179546604
Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung von wasserstoffbrückenbildenden Flüssigkeitsmischungen in einschränkenden Geometrien mit Hilfe von NMR-Experimenten. Vor allem soll der Einfluss von Nano-Confinements verschiedener Größe, Hydroaffinität und Weichheit auf die molekulare Dynamik vor dem Hintergrund komplexen Phasenverhaltens im Detail studiert werden. Im Verlauf des Projekts möchten wir die Komplexität der Gastmaterialien von einfachen Mischungen zu komplexen Mischungen erhöhen. Zudem planen wir hinsichtlich der Wirtmaterialien von homogenen Confinements zu heterogenen Confinements voranzuschreiten. Auf diese Weise soll ein kontinuierlicher Wissenstransfer vom einfachen Modell zum komplizierten Material erfolgen. Zu Beginn der Untersuchungen stehen Wasser-Alkohol-Mischungen in einschränkenden Geometrien wohldefinierter Größe, Hydroaffinität und Weichheit im Mittelpunkt des Interesses. An Hand dieser Systeme möchten wir ein grundlegendes Verständnis für die Dynamik von Wassermischungen in Abhängigkeit von den spezifischen Eigenschaften des Confinements und im Hinblick auf mögliche Mikrophasenseparation an Grenzflächen entwickeln. Anschließend werden zunehmend komplexere Gast-Wirt-Systeme betrachtet. Das Ende der Studien bilden Proteine, die sich gemeinsam mit Wasser und Cosolvens in ungeordneten Matrizen aus makromolekularen Crowdern befinden. Für letztere Systeme gilt es insbesondere, die Beziehung zwischen lokaler Bewegung und langreichweitigem Transport zu ergründen und die Kopplung zwischen Protein- und Lösungsmitteldynamik zu erforschen, die von entscheidender Bedeutung für biologische Funktionen ist. In den vorgesehenen Studien soll die Isotopenselektivität der NMR-Spektroskopie verwendet werden, um Veränderungen des Bewegungsverhaltens aufgrund einschränkender Geometrien für die verschiedenen Flüssigkeitskomponenten separat zu untersuchen. Dabei möchten wir ausnutzen, dass ein kombinierter Einsatz verschiedener NMR-Techniken eine Charakterisierung molekularer Dynamik in sehr großen Zeit- und Temperaturbereichen ermöglicht. Ferner möchten wir davon profitieren, dass NMR-Experimente, insbesondere Stimulierte-Echo-Experimente, nicht nur Zugang zur Zeitskala, sondern auch zum Mechanismus von Bewegungen bietet. Schließlich soll genutzt werden, dass sich das dynamische Verhalten auf unterschiedlichen Längenskalen charakterisieren lässt, wenn in der NMR sowohl homogene als auch inhomogene magnetische Felder eingesetzt werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
