Volumeneffekte und Wechselwirkungen bei der Proteinadsorption an wässrig-festen Grenzflächen

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Die spontane Adsorption von Proteinen an wässrig-festen Grenzflächen spielt in der Natur, der Medizin und der Biotechnologie eine wichtige Rolle. Ein Verständnis der molekularen Vorgänge und Wechselwirkungen im Verlauf dieser Adsorption erlaubt die Entwicklung neuer Materialbeschichtungen oder die Wahl von Lösungskomponenten zur Kontrolle dieses Prozesses. In bisherigen Studien zur Proteinadsorption wurde z. B. die Rolle von Lösungskonzentrationen, pH-Wert und Grenzflächenchemie untersucht. Eine Reihe thermodynamischer Untersuchungen unter Variation der Temperatur haben zudem Einblick in die energetischen Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Grenzflächen gegeben. Unbekannt ist dagegen der Einfluss hoher Drücke auf die Proteinadsorption. Die Nutzung von Druck als experimentelle Variable ermöglicht generell den Zugang zu Volumen- und Packungseffekten. Druckabhängige Untersuchungen an biologischen Systemen sind ebenso für ein Verständnis der Lebensvorgänge unter extremen Bedingungen, wie z. B. in der Tiefsee, relevant. Im beantragten Projekt können unter Anwendung von Druck wesentliche Parameter direkt adressiert und aufgeklärt werden, die maßgeblich die Proteinadsorption beeinflussen und dessen Kenntnis für ein vollständiges Verständnis der Proteinadsorption notwendig ist. Hierzu gehören u. a. Adsorptionsvolumina, Konformationsänderungen und hydrophobe Wechselwirkungen der adsorbierenden Proteinmoleküle. Die experimentelle Charakterisierung ausgewählter Protein-Grenzflächen-Systeme erfolgt unter Anwendung der Neutronen-Reflektometrie, der Fluoreszenz-Spektroskopie und der FT-Infrarot-Spektroskopie.