Opis projektu
Dzięki zaawansowanym organizmom możemy dowiedzieć się, jak stworzyć nowe, rewolucyjne kryształy
W ciągu ostatnich kilku lat organiczne kryształy cząsteczkowe stały się przedmiotem intensywnych badań teoretycznych i eksperymentalnych mających na celu poznanie ich unikalnych właściwości optycznych, elektronicznych i mechanicznych, dzięki którym znalazłyby zastosowania technologiczne. Organiczna biokrystalizacja polegająca na formowaniu kryształów z makrocząsteczek organicznych przez organizmy żywe może otworzyć przed naukowcami nowe możliwości. Wiele organizmów wykazuje się wyjątkową kontrolą nad kształtowaniem kryształów, pozwalającą na manipulowanie światłem w niespotykany sposób. Zespół finansowanego ze środków UE projektu CRYSTALEYES bada proces biokrystalizacji w systemie modelowym, wykorzystując zaawansowane metody w celu rozpoznawania cząsteczek odpowiedzialnych za krystalizację oraz kodujących je genów. Może on przyczynić się do stworzenia żywych fabryk wytwarzających organiczne, dopasowane do potrzeb kryształy, które znajdą zastosowanie w optyce nowej ery.
Cel
Many spectacular optical phenomena in nature are produced by the interaction of light with organic crystals. Organisms exert exquisite control over the habit and organization of these crystals to determine the type of optical effect produced by using strategies beyond the state of the art in solid state chemistry. Despite their important role in animal behavior and their huge potential to inspire new optical materials, little is known about these materials. However, recent discoveries of previously unknown organic bio-crystals indicate that many more of these materials will be found and that ‘organic bio-crystallization’ is an emergent field with important implications for materials science. My overall objective is to uncover the strategies organisms use to control the formation of organic crystals, enabling these strategies to be harnessed to develop new crystalline organic materials. A pioneering approach is proposed which entails following the crystallization pathways of organic molecules in model photonic systems undergoing development. The crystallization of guanine and isoxanthopterin will be investigated to reveal the physio-chemical and biological processes underpinning crystallization. Cryogenic electron microscopy, spectroscopy and in situ diffraction methods will determine changes in the chemical and physical properties of the crystals during crystallization. Proteomic and transcriptomic studies will identify the macromolecules responsible for controlling nucleation and growth and the genes encoding them. These bio-crystallization processes will then be artificially mimicked and manipulated to produce guanine and isoxanthopterin crystals with rationally designed crystal properties (crystal habit, composition, size), including an ambitious attempt to genetically programme guanine-producing iridophore cells as living factories to produce crystals with controlled phenotypes, laying the foundations for a new field of genetically programmed organic materials.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
84105 Beer Sheva
Izrael