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T-Shirts, die vor zu viel Sonne warnen, oder Etiketten, die die Beschädigung lichtempfindlicher Stoffe nachweisen: Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben mit Proteinen und Bakterien eine Beschichtung entwickelt, die das ermöglicht. Sie weist den Kontakt mit UV-A-Strahlen sicher nach, ist biobasiert und könnte den Weg für weitere vielfältige Materialien ebnen, die sich biologische Funktionen von Zellen zunutze machen.
Das Protein mEosFP kann erröten: Bei Kontakt mit UV-A-Licht verändert es sich von einem Grün namens „Vegan Villain“ zu dem Rotton „End of Summer“. Dieser klare Farbwechsel prädestiniert es für den Einsatz in UV-A-Sensoren, die anzeigen, wenn bestimmte UV-Werte erreicht werden. Doch bislang war unklar, wie sich solche Proteine stabil und funktionsfähig in Farben und Beschichtungen integrieren lassen, ohne deren Materialeigenschaften zu beeinträchtigen.
Ein Team um Volker Sieber, Professor für Chemie biogener Rohstoffe und Rektor des TUM Campus Straubing, hat nun eine Lösung entwickelt. Das Ergebnis ist eine nachhaltige und biobasierte Alternative zu traditionellen UV-A-Sensoren, die fossile Rohstoffe wie Öl und Kohle nutzen. Dieser Forschungserfolg könnte nun als Blaupause für Fortschritte in der jungen Disziplin der sogenannten Lebenden oder auch biohybriden Materialien dienen, die die Stärken von Biologie und Technologie verbinden möchte. Ihr Ziel ist es, biologische Organismen wie Pilze, Algen, Proteine oder Bakterien so in Materialien einzubinden, dass diese sich selbst reparieren, nachwachsen oder auf Reize reagieren können.
Bakterium dient Protein als Schutzraum
Für die Studie kultivierte das Team auf Basis von E. coli-Bakterien das gewünschte Protein, trennte Protein und Bakterien zunächst jedoch voneinander und mischte das reine Protein in Farbformulierungen – mit unbefriedigenden Ergebnissen. Die Oberflächenbeschichtung färbte sich nur schwach und seine Materialeigenschaften verschlechterten sich. Die Oberfläche wurde rau und lederartig.
Erst als die Forschenden die Proteine nicht mehr von den Bakterien trennten, sondern die gesamte Biomasse in die Farbformulierung einarbeiteten, führte dies zum gewünschten Ergebnis. „Die Bakterien scheinen den Proteinen als eine Art Schutzraum zu dienen, der sie von den in der Formulierung enthaltenen chemischen und physikalischen Einflüssen abschirmt“, sagt Amelie Skopp, die Erstautorin der Studie.
Der Farbwechsel setzt bereits nach wenigen Minuten Bestrahlung ein, ist nach 15 Minuten deutlich sichtbar und nach etwa einer Stunde vollständig abgeschlossen. Je stärker die UV-A-Einstrahlung, desto intensiver wird der Farbton. Einsatzbereiche für UV-A-Sensoren sind unter anderem Outdoorkleidung, die vor übermäßiger Sonnenexposition warnt, die Lagerung und der Versand lichtempfindlicher Medikamente sowie die Kontrolle von UV-Desinfektionsprozessen.
Chance für das Anthropozän
„Wir haben gezeigt, dass Beschichtungen mit biologischen Zusatzfunktionen ausgestattet werden können, ohne ihre eigenen Eigenschaften zu verlieren“, sagt Amelie Skopp. Sie und Co-Erstautorin Matea Marošević wurden gemeinsam mit weiteren Teammitgliedern kürzlich mit dem TUM IDEAward für eine Gründungsidee ausgezeichnet, die diese Technologie weiterentwickelt. Das Team arbeitet an einer biobasierten Filtertechnologie, die flüchtige organische Verbindungen einfangen und in ungefährliche Stoffe umwandeln kann.
Volker Sieber ist überzeugt: „Biologische Systeme bieten eine enorme Vielfalt an Funktionen, die wir nutzen können. Die mögliche Bandbreite reicht von Materialien wie unserem, die Umweltbedingungen sichtbar machen, bis hin zu Lösungen, die zukünftig schwer vermeidbare Treibhausgase wie Methan aus der Luft binden und abbauen könnten. Dass wir biologische Komponenten nun stabil in Beschichtungen integrieren konnten, ist ein wichtiger Ausgangspunkt für Entwicklungen, die wir angesichts der Herausforderungen unserer Zeit dringend benötigen.“
Prof. Dr. Volker Sieber
Technische Universität München
Lehrstuhl für Chemie biogener Rohstoffe
Tel. +49 (9421) 187 - 300
sieber@tum.de
https://cbr.cs.tum.de/de/
Skopp, A.; Marošević, M.; Rühmann, B.; Sieber, V.: The Vegan Villain Sets Out to The End of Summer: Functionalized Coatings as Biohybrid UV-Sensors. Adv. Mater. Interfaces (2025). https://doi.org/10.1002/admi.202500125
https://mediatum.ub.tum.de/1843660 (Bilder zum Download)
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Studierende, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler, jedermann
Biologie, Chemie
überregional
Forschungsergebnisse
Deutsch
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