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06.07.2009

Proteine signalisieren Mikrorisse

Forscher der Universität Basel haben durch Zumischung fluoreszierender Proteinen ein Polymermaterial hergestellt, das mikroskopische Risse und Schäden visuell anzeigen kann. Die Proteine könnten in Zukunft dabei helfen, Materialschäden frühzeitig zu erkennen und dem Versagen von Bauteilen vorzubeugen. Die Visualisierung der Materialschäden beruht auf dem Fluoreszenz-Resonanzenergietransfer (FRET). Dabei wird Energie zwischen zwei fluoreszierenden Proteinen übertragen, die nur wenige Nanometer auseinander liegen. Verändert sich der Abstand zwischen den Molekülen, so beeinflusst dies die fluoreszierenden Eigenschaften des Proteinpaars. FRET hat sich daher insbesondere in der Biochemie als optisches Analysewerkzeug etabliert, mit dem sich Abstände im Nanometerbereich messen lassen.

In den Versuchen wurde ein Proteinkomplex verwendet, der eine Sollbruchstelle aufweist, die genau zwischen den beiden fluoreszierenden Proteinen verläuft. Solange sich die beiden Proteine im vorgegebenen Abstand befinden, geben sie ein gelbliches Licht ab. Wird der Proteinkomplex in eine Polymermatrix eingebunden, treten feinste mechanische Spannungen auf. Dies verändert den Abstand der beiden Leucht-Proteine und bewirkt, dass die Fluoreszenz eine blaue Farbe annimmt. Sobald der Kunststoff beschädigt wird und Risse entstehen, nehmen die Proteinkomplexe in diesem Bereich wieder ihre unrsprüngliche Form an. Im Bereich der Beschädigung ändert sich die Farbe der Fluoreszenz von blau zurück zu gelb. Der visuelle Effekt konnte in den Versuchen bereits bei einem Proteinanteil im Polymer von 0,2 % beobachtet werden.

Da die Stabilitätsgrenze der Proteine bei etwa 70°C liegt, sind sie für eine thermoplastische Verarbeitung eher ungeeignet. Als Alternative könnten in Zukunft die Proteine in Monomermischungen eingebracht werden, um durch anschließende Polymerisation Formteile daraus herzustellen. Weitere mögliche Anwendungsgebiete sind Lackierungen und Oberflächenbeschichtungen.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Department of Chemistry
University of Basel
Klingelbergstrasse 80
CH 4056 Basel


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