Algen als Inspiration für kommerzielle Biosensoren
Durch die Einführung von Nanotechnologie und dem Fokus auf die Entwicklung funktionierender Systeme in der Größe eines Atoms, liefern natürliche Prozesse in lebenden Organismen wichtige Informationen hinsichtlich verschiedener Themen von der Selbstreplikation über Sensormechanismus bis hin zu katalytischen Prozessen. Das Projekt "Synthesis and nanotechnologial application of tethered silicates" (SANTS) vereint alle erwähnten Themen in einer Studie, um die natürlichen Mechanismen in einzelligen Algen zu selbstorganisierenden Silika-Ketten duplizieren und modifizieren zu können, welche Enzyme aufnehmen und diese in biokatalytischen Prozessen und Biosensoren anwenden. Die Aufnahme und Immobilisierung von Enzymen ist bei Biosilikaten wesentlich wirksamer, als bei Silikaten, die mit herkömmlichen Prozessen im Labor hergestellt wurden. Außerdem werden die aufgenommenen Enzyme stabilisiert und geschützt. Dieser Prozess verblüfft daher Wissenschaftler, die versuchen diesen Mechanismus in der industriell relevanten Nano-Herstellung einzusetzen. Diatomeen verfügen über Silika-Skelette, welche durch die Aktivität von hoch strukturierten Proteinen mit repetitiven Sequenzen, bestehend aus Phosphatgruppen, gebildet werden. Die Aktivität kann durch synthetische Peptide (kleine Proteine) und mimetische Peptide nachgeahmt werden, vorausgesetzt, Phosphat wird hinzugefügt. Die Forscher bauten auf bestehende Kenntnisse auf, die mit der Herstellung von Nanosilikatpartikeln mithilfe von R5-Peptiden zusammenhängen. Sie erhielten zuverlässige Quellen für reine und modifizierte R5-Peptide und führten dann Struktur-Funktions-Studien durch. Dadurch konnten sie die Auswirkungen der verschiedenen R5-Peptidstrukturen auf die Nanopartikelentstehung und die Oberflächensilikatisierung charakterisieren. Außerdem konnten erfolgreich Methoden eingesetzt werden, mit denen wichtige Enzyme, darunter Acetylcholinesterase und Lipasen, aufgenommen werden konnten. Schließlich demonstrierte das SANTS-Projektteam die Nützlichkeit seiner entwickelten Materialien bei der Herstellung von biokatalytischen Matrizen und Biosensoren. Weiterhin wurden Herstellungsprotokolle erstellt, die eine zuverlässige und reproduzierbare Abscheidung von nanostrukturierten Oberflächen ermöglichen. Das Projekt SANTS entwickelte neue molekulare Materialien und Herstellungsverfahren für Biosensoren und biokatalytische synthetische Prozesse. Die Ergebnisse haben Potential für wesentliche gesellschaftliche Auswirkungen, da dadurch die Entwicklung neuer Sensoren für den Einsatz in Anwendungen im Bereich Umwelt, Gesundheit und Industrie vereinfacht wird. Außerdem werden EU-Maßnahmen für eine grünere Chemieproduktion durch neue stabile und effiziente Biokatalysatoren gefördert.
