Projekt
Hierarchically Programmable Materials with Propagating Stimulus Responsive Elements and Metamaterial Ultrastructuring
Projektbeschreibung
In meinem Projekt innerhalb des Exzellenzclusters livMatS verfolge ich die folgenden Ziele: Ich werde neuartige, bioinspirierte 'Soft Materialien' (weiche Materialien) und daraus abgeleitete mechanische Systeme entwickeln, die sich autonom an Umweltveränderungen anpassen, Energie aus ihrer Umgebung aufnehmen oder auf externe Stimuli reagieren können. Diese adaptiven makromolekularen Soft Materialien sollen in der hochauflösenden additiven Fertigung in 2D und 3D strukturierbar sein. Sie sollen ein Verhalten zeigen, das sich durch die Begriffe „Lernen“, „Gedächtnis“ und „Vergessen“ beschreiben lässt. Mein Hauptziel ist die Entwicklung einstellbarer neuartiger Soft Materialien sein, die auf Proteinen basieren und auf externe Reize reagierend. Sie sollen biokompatibel und haltbar sein, und eine Feinstrukturierung (z. B. auxetische Strukturen, 'Compliant-Mechanismen') ermöglichen, um die oben genannten Zwecke zu erfüllen.
Projektergebnisse: Hierarchisch programmierbare Materialien mit sich ausbreitenden reizempfindlichen Elementen und metamaterieller Ultrastrukturierung
Wir haben vor kurzem Proteinpolymere entwickelt, die auf Umwelteigenschaften reagieren und durch eine Änderung des pH-Werts eine Bewegung hervorrufen. Hier zeigen wir eine chemisch ausgelöste pH-Oszillation, die die Bewegung eines künstlichen Proteinmuskels antreibt, der ein lern- und vergessensähnliches Verhalten aufweist. Darüber hinaus kann eine stromgetriebene Elektrophorese Bewegungen auslösen. Auf diese Weise wandeln wir chemische Gradienten und elektrische Energie in eine Bewegung von reizempfindlichen Proteinmaterialien um. Formguss und additive 3D-Fertigung (z. B. MSLA, 2PP-Druck) ermöglichen die Feinstrukturierung dieser Proteinpolymere. Durch die Verknüpfung zu 3D-gedruckten synthetischen Polymeren beweisen wir die Realisierbarkeit makroskopischer Geräte, die biokompatibel sind und auf Stimuli reagieren können.
Erstbetreuer
Dr. Stefan Schiller
Arbeitete bei livMats von August 2020 - July 2022.
Derzeitige Position
Seit August 2022 Postdoktorand im Schiller Lab an der Goethe-Universität Frankfurt.
Publikationen in livMatS
- An Autonomous Chemically Fueled Artificial Protein Muscle*
Huber, M. C., Jonas, U., & Schiller, S. M. (2022). An Autonomous Chemically Fueled Artificial Protein Muscle. Advanced Intelligent Systems, 2100189. doi: 10.1002/aisy.202100189
- Dynamische Strukturänderung und Thermodynamik von Phasentrennprozessen eines Proteinmodells mit intrinsisch ungeordneter/geordneter Struktur*
Lüdeke, S., Lohner, P., Stühn, L. G., Betschart, M. U., Huber, M. C., Schreiber, A., & Schiller, S. M. (2022). Dynamische Strukturänderung und Thermodynamik von Phasentrennprozessen eines Proteinmodells mit intrinsisch ungeordneter/geordneter Struktur. Angewandte Chemie, 134(3), e202112738. doi: 10.1002/ange.202112738
* Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Germany's Excellence Strategy – EXC-2193/1 – 390951807