Projekt
AFM based characterization of fuel-driven materials
Projektbeschreibung
Das Leben ist alles andere als ein Gleichgewicht: Eine durch einen Rückkopplungsmechanismus regulierte, ständige Energiedissipation treibt es an. Aktive und anpassungsfähige molekulare Systeme verwenden Chemikalien, um ihre Strukturen in einem dissipativen Gleichgewichtszustand zu halten. Sobald die Energie verbraucht ist, entspannt sich das System und kehrt in den Anfangszustand zurück. Hieraus ergeben sich vorübergehende stationäre Zustände mit ungewöhnlicher Dynamik, Anpassungsfähigkeit und autonomen Systemlebensdauern. Mein Ziel ist es, ein Rasterkraftmikroskop (AFM) zur Charakterisierung von Nicht-Gleichgewichts-Materialsystemen über Zeit- und Längenskalen hinweg einzusetzen.
Projektergebnis
DNA- und Peptidstrukturen sind programmierbar und haben das Potenzial, anpassungsfähige Materialien zu schaffen, die mit ihrer Umgebung interagieren, im Gegensatz zu herkömmlichen, gleichgewichtsorientierten Materialien. Um diese zu untersuchen, haben ich und meine Kollegen die Rasterkraftmikroskopie (AFM) zusammen mit der Bildgebung und der Einzelmolekül-Kraftspektroskopie (SMFS) eingesetzt, um dynamische Prozesse und Kräfte auf der Nano- und Mesoskala zu untersuchen. Wir untersuchten die Wechselwirkungen von DNA mit verschiedenen Ionen in Lösungen und stellten fest, dass die Stärke der Wechselwirkung je nach Ionenart variiert. Wir untersuchten auch, wie sich verschiedene Bindungstypen auf die Materialfestigkeit auswirken, um die Adhäsionseigenschaften zu verbessern. Unsere Forschung erstreckte sich auf Proteine und Moleküle, die die Bildung von Amyloid-beta-Fibrillen beeinflussen, die mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht werden, um den Krankheitsprozess besser zu verstehen. Wir untersuchten auch den Auf- und Abbau von DNA mit Hilfe spezifischer Enzyme und Brennstoffe sowie die Bildung von Peptiden aus Aminosäuren. Darüber hinaus haben wir ein Hydrogel aus einer einzigen DNA-Haarnadel entwickelt, das auf verschiedene Auslöser reagiert, was neue Möglichkeiten für adaptive Materialien aufzeigt. Diese Forschung treibt die Entwicklung innovativer, aktiver und selbsttragender Materialien aus DNA und Peptiden voran, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können.
Erstbetreuer und Dissertation
Prof. Dr. Thorsten Hugel
Max Lallemang hat seine Dissertation im April 2023 erfolgreich verteidigt.
Dissertation: AFM based characterization of fuel-driven materials
Nächster Schritt
Max hat eine Stelle bei Lycée Hubert-Clément Esch/Alzette in Luxembourg angetreten.
Publikationen in livMatS
- Hierarchical Mechanical Transduction of Precision-Engineered DNA Hydrogels with Sacrificial Bonds*
Lallemang, M., Akintayo, C. O., Wenzel, C., Chen, W., Sielaff, L., Ripp, A., Jessen, H. J., Bizan N., Walther, A. & Hugel, T. (2023). Hierarchical Mechanical Transduction of Precision-Engineered DNA Hydrogels with Sacrificial Bonds. ACS Applied Materials & Interfaces. doi: 10.1021/acsami.3c15135
- Angle-dependent strength of a single chemical bond by stereographic force spectroscopy*
Cai, W., Bullerjahn, J. T., Lallemang, M., Kroy, K., Balzer, B. N., & Hugel, T. (2022). Angle-dependent strength of a single chemical bond by stereographic force spectroscopy. Chemical Science. doi: 10.1039/D2SC01077A
- Study of repellence on polymeric surfaces with two individually adjustable pore hierarchies*
Goralczyk, A., Zhu, M., Mayoussi, F., Lallemang, M., Tschaikowsky, M., Warmbold, A., Caliaro, S., Tauber, F., Balzer, B. N., Kotz-Helmer, F., Helmer, D., & Rapp, B. E. (2022). Study of repellence on polymeric surfaces with two individually adjustable pore hierarchies. Chemical Engineering Journal, 437, 135287. doi: 10.1016/j.cej.2022.135287
- Multivalent non-covalent interactions lead to strongest polymer adhesion*
Lallemang, M., Yu, L., Cai, W., Rischka, K., Hartwig, A., Haag, R., Hugel, T., and Balzer, B. N. (2022). Multivalent non-covalent interactions lead to strongest polymer adhesion. Nanoscale. doi: 10.1039/d1nr08338d
- ATP Impedes the Inhibitory Effect of Hsp90 on Aβ40 Fibrillation*
Wang, H., Lallemang, M., Hermann, B., Wallin, C., Loch, R., Blanc, A., Balzer, B. N., Hugel, T., & Luo, J. (2020). ATP impedes the inhibitory effect of Hsp90 on Aβ40 fibrillation. Journal of Molecular Biology. doi: 10.1016/j.jmb.2020.11.016
* Funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Germany's Excellence Strategy – EXC-2193/1 – 390951807