S-Schicht stabilisierte funktionale Lipidmembranen

Forschungsprojekt P 14419S-Schicht stabilisierte funktionale LipidmembranenDietmar PUM08.05.2000 Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Verwendung von kristallinen bakteriellen S-Schichtproteinen als Zwischen- und Stabilisierungsschicht in der Entwicklung und Herstellung Festkörper-unterstützter funktioneller Lipidmembranen ("Solid supported functional lipid membranes"). Die S-Schicht soll als ultradünne Wasserhältige Schicht und Ionenreservoir zwischen Substrat und Lipidschicht dienen. Außerdem bietet sie eine natürliche Umgebung für die funktionalisierte Lipidmembran. Es sollen dabei zwei Hauptstrategien, die sich durch das verwendete Trägermaterial unterscheiden, verfolgt werden: 1.) Offenporige Polymermembranen oder Kernspurmembranen (Porendurchmesser > 0.2m) und 2.) Siliziumwafer, die entweder mit Metallelektroden beschichtet, oder als Ionen Sensitive Feld Effekt-Transistoren (ISFET) ausgeführt sind. Nach dem Aufbringen von S-Schichtproteinen und der Herstellung einer Lipid-Doppelschicht, soll die komposite Struktur unter Nutzung von Standardverfahren (z.B. Rekonstitution oder Vesikelfusion) mit Transmembranfunktionen (z.B. Ionenkanäle) versehen werden. Weiters erwarten wir, daß die Rekristallisation einer zusätzlichen S-Schicht an der Außenseite der funktionalisierten Lipidmembran zu einer Verbesserung der mechanischen und chemischen Eigenschaften führen wird. Elektrochemische Verfahren, Surface-Plasmon-Resonanz und Impedanzspektroskopie sollen zur Bestimmung der physikalischen Parameter (z.B. Dicke der Membran, Kapazität, Lebenszeit, Durchbruchspannung, etc.) sowie der biologischen Eigenschaften der funktionalisierten Lipidmembranen eingesetzt werden.

Das Ziel des Forschungsprojektes war die Verwendung von kristallinen bakteriellen S-Schichtproteinen als Zwischen- und Stabilisierungsschicht in der Entwicklung und Herstellung festkörperunterstützter funktioneller Lipidmembranen. Die S-Schicht diente dabei als ultradünne wasserhältige Schicht und als Ionenreservoir zwischen Substrat und Lipidschicht. Es wurden zwei Hauptstrategien, die sich durch das verwendete Trägermaterial unterschieden, verfolgt: (i) Offenporige Polymermembranen und (ii) Siliziumwafer, die mit Metallelektroden beschichtet waren. Nach dem Aufbringen von S-Schichtproteinen und der Herstellung einer Lipidmembran wurde die komposite Struktur unter Nutzung von Standardverfahren mit Transmembranfunktionen versehen. Elektrochemische Verfahren, Surface-Plasmon-Resonanz und Impedanzspektroskopie wurden zur Bestimmung der physikalischen Parameter (z.B. Dicke der Membran, Kapazität, Lebenszeit, Durchbruchspannung, etc.) sowie der biologischen Eigenschaften der funktionalisierten Lipidmembranen eingesetzt. Die erzielten Ergebnisse haben gezeigt, dass S-Schicht unterstützte Lipidmembranen die Funktionalität von Membranproteinen in vivo erhalten können. Auf Grund der erzielten Ergebnisse kann gesagt werden, dass S-Schicht unterstützte Lipidmembranen ein großes Anwendungspotential in der Biosensorik, Nanobiotechnologie und Biomimetik haben. Die Ergebnisse wurden in international anerkannten Journalen publiziert.