iNAPO

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iNAPO – Ionenleitende Nanoporen

Der LOEWE Forschungsschwerpunkt iNAPOIonenleitende Nanoporen beschäftigt sich mit dem Bau von Sensoren im Nano-Maßstab nach dem Vorbild der Natur. Es wird die Vision verfolgt eine neue Generation von Nanosensoren zu entwickeln, die synthetische und biologische Nanoporen vereinigt.

Synthetische Nanoporen werden am FB Materialwissenschaft der TU Darmstadt in Zusammenarbeit mit dem GSI Helmholtz-Zentrum für Schwerionenforschung mit der Ionenspur-Ätzmethode als Einzelporen, eine derzeit nur in Darmstadt verfügbare Technik, hergestellt. Die synthetischen Nanoporen sind robust und lassen sich in Apparaturen einbauen um sie in industrieller oder klinischer Umgebung zuverlässig zu nutzen. Ihre state-of-the-art Technik als Sensor oder in der Analytik wurde bereits erfolgreich demonstriert. Die Leistungsfähigkeit der synthetischen Poren ist jedoch in Bezug auf Selektivität und Sensitivität eingeschränkt.

Die in Zellmembranen vorhandenen Ionenkanäle stellen biologische Nanoporen dar, sie nehmen physikalische, biologische und chemische Signale sehr sensitiv war und wandeln diese in messbare Stromsignale um. Kaliumkanäle wie sie in menschlichen Zellen aber auch in Viren vorkommen, gestatten ausschließlich Kaliumionen den Durchtritt durch die Zellmembran und können durch verschiedene Faktoren selektiv an- und ausgeschaltet werden.

Die an iNAPO beteiligten Wissenschaftler versuchen die Bau- und Funktionsprinzipien dieser biologischen Poren zu verstehen und nachzuahmen. Nach biologischem Vorbild wollen sie stromleitende Nanoporen in Festkörpermaterialien bauen, die in der Analytik und Biomedizin eingesetzt werden können. Dabei schlägt iNAPO einen Bogen von atomistischen Fragen über Struktur und Funktion von Nanoporen, deren gezielte Funktionsveränderung bis hin zur technischen Umsetzung in einem Device.

Der Schwerpunkt wird für 3 Jahre, vom 1. Januar 2016 bis 31. Dezember 2018, mit 3,9 Millionen Euro vom Land Hessen im Rahmen des Forschungsförderprogramms LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz gefördert. Die Koordination übernehmen Prof. Dr. Bodo Laube (Biologie) und Prof. Dr. Wolfgang Ensinger (Materialwissenschaften).

Bottom up
Bottom Up Herstellung von ionenleitenden Komposit-Nanoporen aus synthetischen und biologischen Ionenporen für sensorische Anwendungen in einem Lab-on-Chip Mikro-Device.

Im Rahmen von iNAPO werden die an der Technischen Universität Darmstadt vorhandenen Kompetenzen aus der Materialwissenschaft, der Chemie, der Biologie, der Physik und der Elektrotechnik interdisziplinär verknüpft. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem GSI Helmholz-Zentrum für Schwerionenforschung GmbH bietet sich eine einmalige Gelegenheit zur Umsetzung des Projekts am Standort Darmstadt.