Identifikation und Charakterisierung von Zirkoniumdioxid-affinen Peptiden zur Mineralisation von Zirkoniumdioxid

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Die technische Synthese einkristalliner bzw. nanostrukturierter Keramik erfordert einen erheblichen experimentellen Aufwand und hohen Energieeintrag. Die Suche nach apparativ einfachen Niedertemperaturprozessen nach dem Vorbild der Biomineralisation ist daher ein hochaktuelles Themengebiet, das von führenden Forschungseinrichtungen weltweit untersucht wird. In diesem Projekt sollen Peptide, die spezifisch mit Zirkoniumdioxid (ZrO2) interagieren identifiziert und die Wechselwirkungen charakterisiert werden. Ziel ist die Bildung von ZrO2-Keramik bei Umgebungsbedingungen unter Verwendung dieser Peptide. Zirkoniumdioxid hat ein breites Anwendungsgebiet, unter anderem als Festkörperelektrolyt in Sauerstoffsensoren und als Sauerstoffionenleiter in Brennstoffzellen. Durch die Übertragung biologischer Bildungsprozesse auf die technische Synthese von ZrO2 sollen einfache, energieextensive Methoden etabliert werden. Mittels der spezifischen Wechselwirkung von Proteinen mit anorganischem Material kann der Mineralisationsprozess in biologischen Systemen kontrolliert werden. Für die Übertragung dieser natürlichen Prozesse ist es zunächst erforderlich, spezifisch interagierende ZrO2-bindende Peptide zu identifizieren. Dazu wird ein Screening-Verfahren auf Basis des Phage display (PD) Systems etabliert, um eine große Anzahl verschiedener Peptide hinsichtlich ihrer Bindungsfähigkeit an ZrO2 zu testen. Die Interaktionen zwischen Peptid und anorganischer Phase sollen dann eingehend untersucht werden und ein Modell des Mineralisationsmechanismuses, der sich in Größe, Geometrie und Uniformität des synthetisierten Minerals widerspiegelt, beschrieben werden.