Aufklärung des Bildungsmechanismus von Eumelaninpartikeln und gezielte Isolierung von Zwischenstufen

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Huber; Professor Dr. Oliver Strube
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429844944

Eumelanin ist ein biologisches Pigment mit herausragenden Materialeigenschaften wie Strahlenschutz, Radikalfängereigenschaften, Paramagnetismus, gezielte Wirkstofffreisetzung sowie hybride elektrische Leitfähigkeit. Der Aufbau der Pigmente hat eine molekulare sowie eine supramolekulare Komponente, wovon erstere recht gut erforscht ist. Der supramolekulare Aufbau zu den finalen Partikeln ist hingegen noch weitgehend unverstanden. Dies liegt sicherlich zu einem gewichtigen Teil an den besonderen Herausforderungen, welche dieses System stellt. Denn die Bildung von Eumelanin verläuft in drei sich überlagernden Schritten, der Synthese von Monomeren, der Polymerisation und dem supramolekularen Partikelaufbau mit jeweils zahlreichen Stufen.Aus eigenen Vorarbeiten ergaben sich bereits erste Bruchstücke über den Verlauf der Bildung von Eumelanin. Es wurde deutlich, dass der Aufbau aus vier eindeutig definierbaren, hierarchischen Stufen besteht. Die einzelnen Partikelspezies sind dabei in engen Grenzen monodispers und unterscheiden sich in ihrem Durchmesser um jeweils etwa eine Größenordnung. Entsprechend wurde hieraus ein Mechanismus für den supramolekularen Aufbau von Eumelanin postuliert, der hier als Arbeitshypothese dienen soll.Ziel des vorliegenden Projekts ist die vollumfängliche Aufklärung des supramolekularen Aufbaus von Eumelanin und daraus abgeleitet die Möglichkeit alle Partikeltypen gezielt und stabil in nutzbaren Mengen zu isolieren. Dieses Ziel soll durch ein dreiteiliges Leitprinzip erreicht werden: (i) ein speziell zu entwickelnder Reaktor für Parameterkontrolle und in situ Analytik, (ii) zeitaufgelöste Streumethoden und (iii) Mikroskopie.Mit dieser dreigliedrigen Herangehensweise sollen zunächst die Einflüsse der zahlreichen Parameter und Ausgangsmaterialien auf den supramolekularen Aufbau des Eumelanins aufgeklärt werden, um schließlich den Prozess zu kontrollieren. Dadurch soll ermöglicht werden, einzelne Schritte im Partikelaufbau zu beschleunigen, zu verlangsamen oder vollständig zu unterbinden. Weiterhin sollen die Mechanismen, mit welchen die drei bekannten Partikelspezies entstehen bzw. weiter assemblieren, vollumfänglich aufgeklärt werden, um ein tiefes Verständnis des gesamten Aufbauprozesses zu erreichen. Diese kombinierten Erkenntnisse sollen schließlich genutzt werden, um jede der drei Partikelspezies stabil im Grammmaßstab zu isolieren, um diese zukünftig für Anwendungen in innovativen Materialien nutzen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich