17 Feb. Funktionsbeschichtung macht UV-A-Licht sichtbar
Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben mit Proteinen und Bakterien eine Beschichtung entwickelt, die den Kontakt mit UV-A-Strahlen sicher nachweisen kann. Hierbei verändert das Protein mEosFP seine Farbe von einem Grün namens ‚Vegan Villain‘ zu dem Rot-Ton ‚End of Summer‘. Dieser 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 nachhaltige und biobasierte Alternative zu herkömmlichen UV-A-Sensoren entwickelt, 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, erklären die Forschenden. 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.
Farbintensität von Bestrahlungsdauer abhängig
Für die Studie kultivierte das Team auf Basis von E.-coli-Bakterien das gewünschte Protein. „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, Mitarbeiterin der Studie.
Der Farbwechsel setzt bereits nach wenigen Minuten Bestrahlung ein, ist nach 15 Minuten deutlich sichtbar und nach etwa einer Stunde vollständig abgeschlossen, so die Forschenden. Je stärker die UV-A-Einstrahlung, desto intensiver wird der Farbton. Einsatzbereiche für UV-A-Sensoren sind unter anderem die Lagerung und der Versand lichtempfindlicher Medikamente sowie die Kontrolle von UV-Desinfektionsprozessen.
Proben des gereinigten Proteins: Bei der grünen Probe hat der Farbwechsel noch nicht stattgefunden, bei der rötlichen Probe ist er gut sichtbar. Bild: Astrid Eckert / TUM
Nachhaltige biologische Farbstoffe für Sensoren
„Wir haben gezeigt, dass Beschichtungen mit biologischen Zusatzfunktionen ausgestattet werden können, ohne ihre eigenen Eigenschaften zu verlieren“, sagt Skopp. Sie und ihre Kollegin 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.
Biologische Systeme bieten eine enorme Vielfalt an Funktionen, die wir nutzen können, erklärt Siebert. „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“, so der Wissenschaftler. „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.“
Originalveröffentlichung:
[A. Skopp, M. Marošević, B. Rühmann und V. Sieber: 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]
Quelle: www.tum.de
Bild: Astrid Eckert / TUM