Quantenpunkte lassen Eiweißfasern leuchten

Extrem dünne Eiweiß-Fasern aus Fibronektin lassen sich durch die Kombination mit Quantenpunkten zum Leuchten bringen. Bild: AG Jandt/FSU

In der Natur findet sie seit Milliarden von Jahren statt: die Selbstorganisation von Molekülen. Aus einfachen Bausteinen entstehen „wie von selbst“ komplexe, geordnete Strukturen. Die treibende Kraft für dieses Phänomen ist physikalischer Natur: Die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte zwingen die Moleküle, sich zu ordnen.

Materialwissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena nutzen jetzt die Selbstorganisationsfähigkeiten von Molekülen, um aus dem Eiweiß Fibronektin Nanofasern zu erzeugen. Im menschlichen Körper nimmt 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 Prof. Dr. Klaus D. Jandt vom Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie (IMT) der Universität Jena. Wie der Materialwissenschaftler und sein Team jetzt in der aktuellen Ausgabe der britischen Fachzeitschrift „Soft Matter“ berichten, ist es ihnen gelungen, extrem dünne und lange Eiweiß-Fasern aus Fibronektin zu erzeugen und diese durch die Kombination mit sogenannten Quantenpunkten zum Leuchten zu bringen. Das so entstandene neue Hybridmaterial sei beispielweise dafür geeignet, Prozesse an Grenzflächen zwischen künstlichen Materialien und lebenden Zellen sichtbar zu machen oder als Baustein für neue Implantatmaterialien, erläutert Prof. Jandt sein Interesse an diesen neuartigen Strukturen.

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 z. B. aus Halbleitern, die definierte optische und elektronische Eigenschaften haben und etwa als Sonden eingesetzt werden. 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 Prof. 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“.

Quelle: Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie der Universität Jena