Wiener Chemikern ist es gelungen, mithilfe kurzkettiger Peptide aus kleinen Nanopartikeln gezielt größeren Strukturen zu machen. Dazu nutzten sie den Hang der Peptide, sich sozusagen aus eigenem Antrieb heraus zu größeren Einheiten zusammenzufinden. Bei der im Fachblatt "Angewandte Chemie" vorgestellten Methode fungieren sie nun als eine Art Ordner und Klebstoff für die Nanopartikel. Auf diese Weise wollen die Forscher neue Materialien entwickeln.

Die Wissenschafter von der Universität Wien um die Studienautoren Freddy Kleitz und Michael Reithofer nützen bei ihrem Ansatz das Phänomen der spontanen Selbstorganisation (Selbstassemblierung) von Molekülen, wie es am Mittwoch in einer Aussendung der Uni heißt. Bei den Siliziumdioxid-Nanopartikeln, die einen Durchmesser von rund 100 Nanometern haben, stellt sich der Effekt allerdings nicht von selbst ein. Die Wissenschafter setzen daher auf bestimmte Anhängsel, die sich sehr wohl selbst organisieren.

Im speziellen Fall wählten die Forscher den Zugang, Diphenylalanin-Peptide chemisch an Nanopartikel anzubinden, die sich verteilt in einem organischen Lösungsmittel befinden, "welches wenig Einfluss auf die Selbstorganisation hat", sagte Reithofer zur APA. Tatsächlich haben die Peptide "die Selbstorganisation angeleitet: Sie können die Oberfläche der kleinen Teilchen ummanteln und die Partikel dann - wie bei einem Klettverschluss - zusammenhalten". Man könne also über die Peptide die Nanopartikel zusammenhalten und organisieren, so der Forscher.

Lösungsmittel hat Schlüsselfunktion

Das gelang den Wissenschaftern, indem sie das Lösungsmittel verdampften, in dem sich die Nanopartikel und ihre Peptid-Anhängsel befanden. Der Clou dabei ist, dass man beeinflussen kann, welche größere Struktur entsteht. Als wichtigste Stellschrauben identifizierten die Forscher die Art der Lösungsmittel selbst und wie rasch diese verdampft werden.

Je nach Bedingungen lässt der Organisationsdrang der Peptide die Siliziumdioxid-Nanopartikel in anderen Konstellationen zueinanderfinden. So offenbarten detaillierte Analysen etwa bienenwabenartige Strukturen mit verschiedenen Lochgrößen, für die die Bildung von verschieden großen Wassertropfen beim unterschiedlich raschen Verdampfen verantwortlich zu sein scheint.

Neben dem Diphenylalanin untersucht die Gruppe nun auch den Einfluss anderer Peptide. Mit dem neuen Ansatz stehe man zwar noch am Beginn der Entwicklungsarbeit, die Methode öffne aber eine Tür, "eine große Anzahl an verschiedenen Materialien zu designen - auch im Hinblick auf verschiedenste Anwendung wie etwa Wirkstofftransportsysteme oder neuartiger Nanokatalysatoren", erklären die Forscher.

Service: https://doi.org/10.1002/ange.202108378