Wechselwirkung von Aminosäuren und Wasser an Oxidoberflächen

Forschungsprojekt P 14580Wechselwirkungen von Aminosäuren und Wassern an Oxidoberflächen Falko P. NETZER09.10.2000 Die Wechselwirkung von Biomolekülen mit Wasser spielt eine zentrale Rolle in vielen Oberflächen- und Grenzflächenphänomenen, wie etwa der Selbstorganisation von Biomolekülen an festen Oberflächen, der Micellebildung, der Struktur biologischer Membrane und der Konformation von Proteinen. Die Aminosäuren sind die einfachsten Bauelemente von Proteinen und als Solche hervorragend als Modellsysteme geeignet, um komplexe biologische Wechselwirkungen an Oberflächen, das Problem der Biokompatibilität und das Verhalten von Biomaterialien im allgemeinen zu studieren. Im vorliegenden Forschungsvorhaben soll die Koadsorption einfacher Aminosäuren (z.B. Glycin, Alanin, Phenylalanin, Cystin) mit Wasser an Oxidoberflächen untersucht werden, um die Bildung und das Aufbrechen von chemischen Bindungen in gemischten Aminosäure- Wasser-Schichten zu studieren. Die Charakterisierung der molekularen Strukturen und der molekularen Konformation sowie die Bestimmung der kristallinen Struktur der ultradünnen Wasser- und Aminosäureschichten, die kontrolliert an definierten Oxid einkristalloberflähen unter Ultrahochvakuumbedingungen abgeschieden werden, stellen die wesentlichsten Ziele dieses Projektes dar. Die Nanometer-Präzision der moderner Methoden der Oberflächenphysik, die hier zur Anwendung kommen werden, erlauben ein detailliertes molekulares Bild der Struktur von Aminosäuren in der Gegenwart von Wassermolekülen und des Einflusses der oxidischen Substratoberflächen auf die Wasser-Aminosäure-Wechselwirkungen zu entwerfen. Dieser hier verwendete Ansatz, nämlich die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Biomolekülen unter Ultrahochvakuumbedingungen zu studieren, weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den traditionellen Untersuchungen der chemischen oder biologischen Wissenschaften auf, die üblicherweise unter Normalatmosphäre in flüssiger Phase durchgeführt werden: Die Aminosäure-Wasser Schichten können auf streng kontrollierte Weise hergestellt und die individuellen Wechelwirkungsparameter reproduzierbar eingestellt werden. Beides ist notwendig um ein atomares Verständnis der komplexen Wasser-Aminosäure-Wechselwirkungen zu erhalten. Eine Reihe von komplementären Methoden der modernen Oberflächenforschung werden in situ auf Aminosäure-Wasser-Schichten angewandt werden, um die geometrische Struktur, die elektronische Energieniveaustruktur und die Schwingungseigenschaften der Aminosäure-Wasser Komplexe zu untersuchen, mit dem Ziel, den Einfluß der molekularen Funktionalitäten auf die lokale Struktur des Wassers und die reziproke Reaktion der organischen Moleküle auf die Gegenwart von Wasser aufzuklären. Dieses Projekt ist Teil der CERC3 Initiative zur Förderung transnationaler europäischer Forschung zum Thema "Moleküle an komplexen Oberflächen".