Retrosynthese von Biomineralien über mesoskopische Transformation von amorphen Precursorpartikeln in natürlichen organischen Matrizen

• Antragsteller: Professor Dr. Helmut Cölfen (†)
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5406324

In diesem Projekt sollen gut charakterisierte natürliche organische Matrizen als Template für die Kristallisation von Calciumcarbonat und -phosphat eingesetzt werden, wobei die Kristallisation nach Möglichkeit gezielt über mesoskopische Transformation von Precursorpartikeln stattfinden soll. Diese Modellsysteme für das Verständnis von Biomineralisationsvorgängen auf der mesoskopischen Skala tragen der Annahme Rechnung, dass viele Biomineralisationsvorgänge über - oft amorphe - Precursorpartikel ablaufen und nicht über den direkten Aufbau von Kristallen über gelöste Moleküle/Ionen. Als Matrizen sollen Kollagen aus demineralisierten Knochen, Membranen aus demineralisierten Eierschalen, demineralisierte Schneckenhäuser und Muschelschalen aber auch später Holz nach geeigneter chemischer Funktionalisierung verwendet werden. Zur Generierung und temporären Stabilisierung kolloidaler Precursorpartikel, die oft auch amorphen Charakter haben, sollen doppelthydrophile Blockcopolymere eingesetzt werden, die als definierte Modellsysteme für saure Proteine bei der Biomineralisation bereits synthetisiert wurden. Zum Vergleich soll in Gegenwart der Template die klassische Kristallisation aus Lösung ohne Additiv durchgeführt und die Resultate mit den originären Biomineralien verglichen werden, um festzustellen, inwieweit mesoskopische Transformationen von Precursorpartikeln eine Rolle bei Biomineralisationsvorgängen spielen. Darüberhinaus soll in der späten Antragsphase erprobt werden, inwieweit sich dieses Konzept auf andere biologische Matrizen, die nicht aus Biomineralien stammen (z. B. Holz), übertragen lässt, um die Übertragbarkeit der gefundenen Mechanismen der Biomineralisation auf atypische natürliche Matrizen zu übertragen. Mit diesem Konzept wird eine maximale Synergie mit den im Schwerpunkt arbeitenden Gruppen angestrebt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1117: Prinzipien der Biomineralisation