Optical Control over Affinity and Reactivity

Die Entwicklung innovativer Materialien mit gezielt steuerbaren Eigenschaften erfordert das präzise Design komplexer molekularer Bausteine sowie deren kontrollierbare Steuerung. Licht als externer Stimulus bietet hierbei besondere Vorteile, da es eine orts- und zeitaufgelöste Kontrolle der Prozesse ermöglicht. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht das Design lichtsensitiver molekularer Bausteine zur gezielten Steuerung chemischer Affinität und Reaktivität. Kapitel 3 stellt ein neues Konzept vor, bei dem durch Ringverkleinerung und -vergrößerung in neuartigen makrozyklischen Diarylethenen molekulare Spannung gezielt aufgebaut und wieder freigesetzt werden kann. Der Grad der Spannung spiegelt sich in den photochemischen Eigenschaften wider, wodurch ein Struktur-Wirkungsprinzip für zukünftige funktionalisierte Systeme abgeleitet werden konnte. Durch die Feinjustierung der Ringspannung ließ sich die Reaktivität eingebauter funktioneller Gruppen steuern. Dies ermöglichte die lichtabhängige, spannungsgesteuerte Kontrolle über [3+2] Cycloadditionen und Diene-Isomerisierungen. In Kapitel 4 wird ein innovatives Verfahren zur lichtgesteuerten Proteinaufreinigung mittels Affinitätschromatographie vorgestellt. Hierzu wurden speziell designte Azobenzolderivate auf der Oberfläche der stationären Phase immobilisiert. Diese ermöglichen durch photoinduzierte Isomerisierung das reversible Binden und Freisetzen funktionalisierter Biomoleküle. Über ein Phagen-Display wurden passende Peptidsequenzen (Tags) identifiziert, die selektiv an das trans-Isomer gebunden haben. Durch die funktionelle Kopplung eines geeigneten Fluorophors konnte dieses Prinzip der lichtgesteuerten Bindung und Ablösung demonstriert werden. Das vorgestellte System bietet eine vielversprechende, weniger toxische Alternative zur herkömmlichen Nickel-Histidin-basierten IMAC-Technologie.