In der Natur findet die Selbstorganisation von Molekülen seit Milliarden von Jahren statt. Aus einfachen Bausteinen entstehen „wie von selbst“ komplexe, geordnete Strukturen. Die treibende Kraft für dieses Phänomen sind die so genannten Van-der-Waals-Kräfte, die die Moleküle zwingen, sich zu ordnen. Jenaer Materialwissenschaftler haben die Selbstorganisationsfähigkeiten von Molekülen jetzt genutzt, um aus dem Eiweiß Fibronektin dünne und lange Nanofasern zu erzeugen.
Durch die Kombination mit so genannten Quantenpunkten konnten Professor Klaus D. Jandt und sein Team von der Universität Jena diese anschließend sogar zum Leuchten bringen. Das so entstandene neue Hybridmaterial ist beispielweise dafür geeignet, Prozesse an Grenzflächen zwischen künstlichen Materialien und lebenden Zellen sichtbar zu machen oder als Baustein für neue Implantatmaterialien, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift „Soft Matter“.
Im menschlichen Körper nimmt das Protein Fibronektin eine Reihe wichtiger Funktionen wahr: Es dient als „Kittsubstanz“ zwischen Köperzellen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Blutgerinnung. „Auch beim Gewebewachstum auf Implantaten ist Fibronektin ein wichtiger Faktor“, erläutert Jandt.
Erstmals Selbstorganisation von Fibronektin zu Nanofasern beobachtet
Die von den Jenaer Materialwissenschaftlern hergestellten Fasern sind nur etwa zwei Nanometer (zwei Millionstel Millimeter) dick – das entspricht einem 25.000stel der Dicke eines menschlichen Haares. In ihren Experimenten konnten die Forscher erstmals die Selbstorganisation von Fibronektin zu Nanofasern in Lösung beobachten.
In einem anschließenden Schritt haben sie sogenannte Quantenpunkte so verändert, dass sich diese entlang der Nanofasern fest anhefteten. Dabei handelt es sich um winzige Materialstrukturen zum Beispiel aus Halbleitern, die definierte optische und elektronische Eigenschaften haben und etwa als Sonden eingesetzt werden.
„Wie eine beleuchtete Straße bei Nacht…“
So wie an den Fibronektin-Nanofasern: Bestrahlt mit Laser-Licht beginnen die Quantenpunkte zu leuchten und machen die Nanofasern indirekt sichtbar. „Wie eine beleuchtete Straße bei Nacht, die man aus dem Flugzeug beobachtet“, beschreibt Jandt das Phänomen.
„Unsere Ergebnisse unterstreichen das hohe Potenzial, das diese neuen biophotonischen Hydbridmaterialien als Baustein in der Materialwissenschaft und als photonische Sonden in der Biophysik haben“. (Soft Matter, 2011; doi:10.1039/c0sm01037e)
(Universität Jena, 08.03.2011 – DLO)
