DNA - Mimics: Sequenzkontrolle in synthetischen Polymeren

Ziel des hier beschriebenen Projektes ist die Herstellung von rein synthetischen, DNA-imitierenden Polymeren durch sequenzkontrollierte, radikalische Polymerisation. Die hergestellten Polymere sollen als Templat (Schablonen) für die reproduzierbare, synthetische Replikation von komplementären Polymersträngen dienen, eine Methodik die in der Gruppe von Prof. Sleiman entwickelt wurde. Dieses Projekt stellt ein Beitrag in einem interdisziplinären Forschungsfeld dar, welches Biochemie, Polymerchemie sowie Materialwissenschaften abdeckt, und kann wohl am besten mit "Bionik auf molekularer Ebene" umschrieben werden. Synthetische Materialien, welche Eigenschaften natürlicher DNA besitzen sind von großem Interesse. Die unerreichte Spezifität bezüglich der molekularen Wiedererkennung sowie die äußerst präzise, intrinsisch vorhandene Selbstorganisation zu hochgeordneten, supramolekularen Strukturen sind sehr gefragt - in biochemisch und medizinisch relevanten Bereichen, sowie in den Materialwissenschaften. Materialien mit dem in der DNA gespeicherten Informationsgehalt, welche aber auf synthetischen Polymeren basieren, wären stabil, einfach zu verarbeiten und würden äußerst flexibel funktionalisiert, also modifiziert werden können. Anders als herkömmliche synthetische Polymere, könnten diese Strukturen als Templat verwendet werden um komplementäre Monomere reproduzierbar zu monodispersen, maßgeschneiderten Spezialmaterialen zu verarbeiten. Umgekehrt, scheitert die großtechnische Verwendung von natürlicher DNA in den genannten Anwendungsgebieten an ihrer geringen Langzeitstabilität und an äußerst aufwendigen, kostenintensiven Herstellungsverfahren. Mit den synthetischen "Imitaten" könnte z.B. Herausforderungen in der effizienten Herstellung nanostrukturierter Elektronikbauteile begegnet werden - die weitreichende praktische Bedeutung solcher Strukturen ist offensichtlich. Die Sequenzkontrolle während der Polymerisation für die Templatsynthese (um die DNA Basen an den vorgesehenen Plätzen in der Polymerkette zu positionieren), stellt noch eine große Herausforderung dar. Ein Ziel dieses Projekts ist die Synthese von Polymeren mit streng alternierender Sequenz zweier mit DNA Basen funktionalisierter Monomere. Der gewählte Ansatz lässt auch kompliziertere Polymerarchitekturen zu. Vorgesehene Ziele dieses Projektes sind u. A.: Die Synthese verschiedener DNA-Basen-funktionalisierter Monomere für die radikalische Polymerisation (Styrolderivate sowie N-substituierte Maleimide), Ermittlung geeigneter Initiatorsysteme und Reaktionsbedingungen Evaluierung des Spielraums für die Sequenzkontrolle, sowie einen Post-Modifikationsansatz, (DNA Basen werden erst nach der Polymerisation selektiv an ein alternierendes, wohldefiniertes Polymer gekoppelt).