DNA-Netzwerke können als formgebende Muster (Template) zur Funktionalisierung technischer Oberflächen für die bottom-up Materialsynthese Verwendung finden. Zum Aufbau solcher Netzwerke werden synthetisch hergestellte DNA-Oligonukleotide hybridisiert. Im ersten Teil der Arbeit wird ein Weg beschrieben, wie die zum gezielten Aufbau einer vorgegebenen Struktur notwendigen DNA-Oligonukleotide hergeleitet werden können. Dies geschieht über eine schrittweise Zerlegung der Struktur in Bausteine, welche wiederum in die Oligonukleotide zerlegt werden. Weiterhin werden verschiedene DNA-Strukturen und Netzwerke hergestellt, welche mittels Gelelektrophorese, Atomkraft-, Elektronen- und Fluoreszensmikroskopie charakterisiert werden. Es wird gezeigt, wie die Herstellung von im Fluoreszensmikroskop beobachtbaren DNA-Verzweigungen möglich ist. Die Bildung von röhrenartigen Strukturen, welche sich mit der Zeit in zweidimensionale Netzwerke umlagern, wird anhand eines Modells zu Keimbildung und Keimwachstum erklärt. Für die gezielte Zusammenlagerung einer bestimmten Anzahl von Bausteinen werden mehrere Varianten untersucht. Bei den einzelnen Varianten sind große Unterschiede in der Steifigkeit feststellbar. Es werden Untersuchungen zum Einbau gebogener Abschnitte in DNA-Netzwerke durchgeführt. Dabei wird insbesondere auf Gestaltung der gebogenen Abschnitte zur Vermeidung von Fehlpaarungen eingegangen. Untersuchungen zur Metallisierung von Netzwerken zeigen, dass zur Beibehaltung der Struktur eine erhöhte Stabilität notwendig ist.

Aus der riesigen Vielfalt organischer Materialien sind gerade die Phthalocyanine dafür bekannt geworden, auf verschiedenen kristallinen Substraten geordnete Strukturen auszubilden. Außerdem dienen diese Moleküle als Modellsysteme für grundlegende Untersuchungen zur Einstellung elektronischer und struktureller Eigenschaften durch gezielten Einbau eines Metallatoms in den zentralen Hohlraum. Die Strukturen der Adsorptionsschichten von verschiedenen Metallphthalocyaninen, funktionalisierten Phthalocyaninen und Naphthalocyaninen auf der Basaldebene des Graphits werden verglichen, um die Adsorptionsstruktur der einzelnen Moleküle innerhalb der Adsorptionsschicht zu verstehen. Das erlaubt uns die Untersuchung der Molekül-Molekül- und Molekül-Substrat-Wechselwirkungen in Abhängigkeit von Molekularadsorption des zentralen Metallatoms, der Geometrie, einzelner funktionellen Gruppen oder ähnlichem am Molekül. Der Vergleich der Adsorptionsstrukturen von Phthalocyaninen wie PdPc und PtPc, welche d8-Metalle enthalten, dient dem Verständnis für den Effekt des Metallatoms, speziell bei großen Ordnungszahlen. Während beide Moleküle ähnliche Arten von Adsorptionsstrukturen ausbilden weist die PtPc-Adsorptionsschicht eine außergewöhnlich hohe thermische Stabilität auf. Das wurde auf die stark Molekül-Molekül-Wechselwirkung zurückgeführt, die durch die Metallatome in der Adsorptionsschicht vermittelt wird. Der Effekt langer molekularer ‚Flügel’ wird durch den Vergleich der Adsorptionsstrukturen ebener Naphthalocyanine mit denen von ebenen Metallphthalocyaninen demonstriert. Naphthalocyanine bilden viel lockerer gepackte Adsorptionsschichten als Phthalocyanine, was von der stärkeren sterischen Abstoßung zwischen den Wasserstoffatomen in benachbarten molekularen ‚Flügeln’ herrührt. Cyano-funktionalisierte metallfreie Phthalocyanine zeigen als Adsorptionsschicht eine poröse Netzwerkstruktur. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Sondenspitze hervorgerufene Störungen dieser Struktur durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Molekülen in der Adsorptionsschicht bald weider ausheilen. Schließlich ist durch den Vergleich von Adsorptionsstrukturen ebener Naphthalocyanine und nichtebener Zinn-Naphthalocyanine auch der Geometrieeffekt untersucht worden. Abweichend von allen anderen untersuchten ebenen Molekülen haben Zinn-Naphthalocyanine eine Adsorptionstruktur, die der des Graphits ähnlich ist (hexagonal). Deshalb überwiegt in diesem Fall die Wechselwirkung zwischen Molekül und Substrat, und die Adsorptionsstruktur folgt der Geometrie des Graphitsubstates. Darüberhinaus sind mit der Tunnelspektroskopie in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Spitze und der Probe die elektronischen Eigenschaften der Molekül-Substrat-Grenzfläche für Naphthalocyanin und Zinn-Naphthalocyanin untersucht worden.

The exceptional self-assembly properties of DNA as well as its ability to interact with different kinds of chemical compounds and biological structures make this biomolecule to an interesting object for the fabrication of artificial nanostructures. In this work several methods for a DNA-based self-assembly of electronic nanocircuitry are explored. For this, four basic steps, which turned out to be essential within a circuit assembly process, are addressed: (i) The formation of multi-branched DNA junctions by a simple building-block procedure. (ii) The site-specific attachment of nanoobjects (gold colloids) at the center of DNA junctions. (iii) The integration of DNA into microstructured gold electrode arrays, in particular the stretching of single DNA molecules between two electrodes. For this a simple, but reliable methods for the functionalization of gold electrodes by using aminoethanethiol was developed, which enables end-specific attachment of the DNA but does not require DNA modification. (iv) The metallization of DNA. A synthesis procedure was developed, which results in the formation of continuous chains of 5nm platinum clusters along the DNA. The metal deposition process turned out to take place exclusively at the DNA while background metallization is completely suppressed.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind ultradünne Filme organischer Moleküle auf anorganischen Substraten. Adsorbate wurden in Bedeckungen von Submonolagen bis hin zu Multilagen mittels Raster-Tunnel-Mikroskopie und Spektroskopie untersucht. Ergänzt wurde die Strukturaufklärung durch die Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED). Im Mittelpunkt stehen in-situ Untersuchungen von im UHV aufgedampften Schichten. Darüberhinaus werden Experimente zur Erzeugung, Abbildung und Manipulation selbstassemblierter Monolagen an der flüssig-fest Grenzfläche beschrieben. Als Modell-Substanzen wurden Coronen, Zinn- und Palladium-Phthalocyanin, Naphthalocyanin sowie Trimesinsäure ausgewählt. Auf Ag(111) konnte bei geringer Bedeckung des planaren Coronens die Wechselwirkung mit dem Oberflächenzustand anhand von stehenden Elektronenwellen nachgewiesen werden. Sowohl auf Ag(111) als auch auf Graphit(0001) konnten für Coronen Monolagen kommensurable Überstrukturen gefunden werden. Für Palladium- und Zinn-Phthalocyanin offenbarte sich auf Ag(111) die Koexistenz von geordneten und ungeordneten Phasen. Wobei es für Palladium-Pc sowohl in der kristallinen als auch in der ungeordneten Phase Indizien für eine höhere Mobilität der Moleküle gibt. Im Fall des nicht planaren Zinn-Pc konnten zwei verschiedene Adsorptionsgeometrien des Moleküls mit dem STM eindeutig unterschieden werden. Die etwas größere Molekülstruktur des Naphthalocyanins bedingt eine Herauf-Skalierung der Einheitszelle, wie sie typischerweise bei Phthalocyaninen beobachtet wird. Ferner ließ sich eine eindeutige Abhängigkeit des intramolekularen Kontrastes vom Vorzeichen der Tunnelspannung durch zweimaligen Wechsel der Polarität im selben Bild zweifelsfrei belegen. Hierbei konnten die submolekularen Strukturen mit simulierten Molekülorbitalen isolierter Moleküle interpretiert werden. Bei den durch Wasserstoffbrücken-Bindungen stabilisierten offenen Netzwerken der Trimesinsäure (TMA) auf Graphit konnte je nach Lösungsmittel an der flüssig-fest Grenzfläche entweder die "Flower"- oder "Chickenwire"-Struktur eingestellt werden. Zudem konnte die Eignung dieser Schicht als Wirt-Gast-System durch die Einlagerung von C60-Fullerenen und Coronen demonstriert werden. Außerdem gelang die Manipulation einzelner C60 im TMA-Templat mit der STM-Spitze in flüssiger Umgebung bei Raumtemperatur.

Aus der riesigen Vielfalt organischer Materialien sind gerade die Phthalocyanine dafür bekannt geworden, auf verschiedenen kristallinen Substraten geordnete Strukturen auszubilden. Außerdem dienen diese Moleküle als Modellsysteme für grundlegende Untersuchungen zur Einstellung elektronischer und struktureller Eigenschaften durch gezielten Einbau eines Metallatoms in den zentralen Hohlraum. Die Strukturen der Adsorptionsschichten von verschiedenen Metallphthalocyaninen, funktionalisierten Phthalocyaninen und Naphthalocyaninen auf der Basaldebene des Graphits werden verglichen, um die Adsorptionsstruktur der einzelnen Moleküle innerhalb der Adsorptionsschicht zu verstehen. Das erlaubt uns die Untersuchung der Molekül-Molekül- und Molekül-Substrat-Wechselwirkungen in Abhängigkeit von Molekularadsorption des zentralen Metallatoms, der Geometrie, einzelner funktionellen Gruppen oder ähnlichem am Molekül. Der Vergleich der Adsorptionsstrukturen von Phthalocyaninen wie PdPc und PtPc, welche d8-Metalle enthalten, dient dem Verständnis für den Effekt des Metallatoms, speziell bei großen Ordnungszahlen. Während beide Moleküle ähnliche Arten von Adsorptionsstrukturen ausbilden weist die PtPc-Adsorptionsschicht eine außergewöhnlich hohe thermische Stabilität auf. Das wurde auf die stark Molekül-Molekül-Wechselwirkung zurückgeführt, die durch die Metallatome in der Adsorptionsschicht vermittelt wird. Der Effekt langer molekularer ‚Flügel’ wird durch den Vergleich der Adsorptionsstrukturen ebener Naphthalocyanine mit denen von ebenen Metallphthalocyaninen demonstriert. Naphthalocyanine bilden viel lockerer gepackte Adsorptionsschichten als Phthalocyanine, was von der stärkeren sterischen Abstoßung zwischen den Wasserstoffatomen in benachbarten molekularen ‚Flügeln’ herrührt. Cyano-funktionalisierte metallfreie Phthalocyanine zeigen als Adsorptionsschicht eine poröse Netzwerkstruktur. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Sondenspitze hervorgerufene Störungen dieser Struktur durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den Molekülen in der Adsorptionsschicht bald weider ausheilen. Schließlich ist durch den Vergleich von Adsorptionsstrukturen ebener Naphthalocyanine und nichtebener Zinn-Naphthalocyanine auch der Geometrieeffekt untersucht worden. Abweichend von allen anderen untersuchten ebenen Molekülen haben Zinn-Naphthalocyanine eine Adsorptionstruktur, die der des Graphits ähnlich ist (hexagonal). Deshalb überwiegt in diesem Fall die Wechselwirkung zwischen Molekül und Substrat, und die Adsorptionsstruktur folgt der Geometrie des Graphitsubstates. Darüberhinaus sind mit der Tunnelspektroskopie in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der Spitze und der Probe die elektronischen Eigenschaften der Molekül-Substrat-Grenzfläche für Naphthalocyanin und Zinn-Naphthalocyanin untersucht worden.

By down-sizing noble metals to the nanoscale, striking new optical properties arise—investigated in the scientific field of plasmonics. The steady rise of developments, innovations, and interest in plasmonics is directly linked with the much broader field of (colloidal) nanotechnology and its breakthroughs. In order to harvest the full potential of colloidal plasmonics, optimizing the synthesis of colloidal nanoparticles, controlling the subsequent assembly of them into complex architectures, and fully understanding the emerging plasmonic properties is inevitable. Wet-chemical seed-mediated growth of colloidal building blocks and colloidal self-assembly offer the tool-sets to tackle the challenges of plasmonic applications. Due to the intrinsic properties of colloids and the resulting (coupled) assemblies, distinct differences are evident in comparison to top-down fabrication based plasmonics. Among these properties, this thesis focuses on the true three-dimensionality of colloids—in vast contrast, top-down processes always rely on stacking of layered architectures. Strong plasmonic coupling interactions are predominantly defined by the inter-particle distances and the geometry of the cross section area by which adjacent particles interact. Consequently, unique plasmonic features emerge from the three-dimensional structure of colloids and the possibility to tune the dielectric environment by surface functionalization. The objective of this work is to investigate and understand the plasmonics of coupled colloidal systems. Following this scope, the first part of this thesis introduces a new synthetic concept, which thereby aims to provide colloidal building blocks for plasmonic assemblies. The optical quality and spectral range can be boosted by applying silver nanoparticles instead of gold as plasmonic material. Herein, a general synthetic concept is introduced resulting in monodispersed and shape-pure silver nanoparticles in a highly controlled manner. By transferring the concept of living polymerization reactions to nanoparticle growth, secondary nucleation is successfully suppressed and the particle dimensions are freely tunable. Finally, chemical stability toward oxidation and functionalization reactions is obtained by covering silver particles with a sub-skin depth gold shell. The second part summarizes the plasmonic properties arising from coupled particle assemblies fabricated by colloidal self-assembly. Therefore, the complexity of the coupled systems was systematically increased to observe the transition from local to collective coupling interactions. Starting from metallic film-coupled gold nanorods, the presence of a highly sensitive magnetic mode and its impact on the magnetic permeability were investigated. Next, the transition from local to collective coupling was observed by stepwise increase of the number of particles in a linear gold nanoparticle chain revealing the formation of a plasmon band in quasi-infinite particle chains. Consequently, this work aims to advance the field of colloidal metasurfaces by optimizing the building blocks and by further comprehending the plasmonic coupling effects in colloidal assemblies. / Durch das Herunterskalieren von (Edel-)Metallen in den Nanometerbereich entstehen neue optische Eigenschaften, die im Wissenschaftsfeld der Plasmonik untersucht werden. Die stetige Weiterentwicklung, Innovation, und das steigende Interesse an der Plasmonik ist direkt mit dem weiter gefassten Gebiet der (kolloidalen) Nanotechnologie verbunden. Um das Potenzial der kolloidalen Plasmonik voll ausschöpfen zu können, ist es unumgänglich, die Synthese kolloidaler Nanopartikel zu optimieren, deren anschließende Anordnung zu komplexen Architekturen gezielt zu steuern, und die entstehenden plasmonischen Effekte vollständig zu verstehen. Das nasschemische Keim-vermittelte Wachstum kolloidaler Bausteine und die kolloidale Selbstanordnung bieten die geeigneten Werkzeuge für plasmonische Anwendungen. Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften kolloidaler Partikel und den daraus resultierenden optischen Eigenschaften ihrer Anordnungen, ergeben sich deutliche Unterschiede zur Plasmonik von Top-down Systemen. Im Gegensatz zu diesen Systemen, die immer aus geschichteten Architekturen bestehen, handelt es sich bei kolloidalen Systemen um echte dreidimensionale Objekte. Starke plasmonische Kopplungswechselwirkungen werden hauptsächlich durch die Abstände zwischen Partikeln und die Geometrie des Querschnitts definiert, über die benachbarte Partikel interagieren. Folglich ergeben sich aus der dreidimensionalen Struktur von kolloidalen Nanopartikeln und der Möglichkeit, diese mit verschiedenen dielektrischen Umgebung zu funktionalisieren, einzigartige plasmonische Effekte. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit besteht darin, die plasmonischen Effekte gekoppelter kolloidaler Systeme zu untersuchen und besser zu verstehen. Diesem Ziel folgend, wird im ersten Teil der Arbeit ein neues Synthesekonzept vorgestellt, das darauf abzielt geeignete kolloidale Bausteine für plasmonische Anordnungen zur Verfügung zu stellen. Verglichen mit Gold als Bausteinmaterial kann die optische Qualität und der Spektralbereich durch Nutzung der überlegenen plasmonischen Eigenschaften von Silbernanopartikeln gesteigert werden. Hier wurde ein allgemeines Synthesekonzept entwickelt, das auf kontrollierte Weise zu monodispersen und formreinen Silbernanopartikeln führt. Durch die Übertragung des Konzepts lebender Polymerisationsreaktionen auf das Nanopartikelwachstum, werden Nebenreaktionen (z.B. sekundäre Keimbildung) erfolgreich unterdrückt und die Partikelgröße wird dadurch genau einstellbar. Schließlich wurde durch die Überwachsung der Silberpartikel mit einer Goldschale unterhalb der Leitschichtdicke chemische Stabilität gegenüber Oxidations- und Funktionalisierungsreaktionen erhalten. Im zweiten Teil werden die plasmonischen Eigenschaften gekoppelter Partikelanordnungen untersucht. Dafür wurde die Komplexität der gekoppelten Systeme systematisch erhöht, um den Übergang von lokalen zu kollektiven Kopplungsinteraktionen zu beobachten. Ausgehend von Goldstäbchen, die mit einem Metallfilm gekoppelt sind, wurde eine hochempfindliche magnetische Mode nachgewiesen und deren Einfluss auf die magnetische Permeabilität untersucht. Desweiteren wurde der direkte Übergang von lokaler zu kollektiver Kopplung durch schrittweise Erhöhung der Anzahl der Partikel in einer linearen Goldnanopartikelkette beobachtet, was zur Bildung eines Plasmonenbandes für quasi-unendlich lange Partikelketten führt. Letztendlich ist das Ziel dieser Arbeit, kolloidale Metaoberflächen durch Optimierung der Bausteine und durch besseres Verständnis der plasmonischen Kopplungseffekte voranzubringen.

DNA-Netzwerke können als formgebende Muster (Template) zur Funktionalisierung technischer Oberflächen für die bottom-up Materialsynthese Verwendung finden. Zum Aufbau solcher Netzwerke werden synthetisch hergestellte DNA-Oligonukleotide hybridisiert. Im ersten Teil der Arbeit wird ein Weg beschrieben, wie die zum gezielten Aufbau einer vorgegebenen Struktur notwendigen DNA-Oligonukleotide hergeleitet werden können. Dies geschieht über eine schrittweise Zerlegung der Struktur in Bausteine, welche wiederum in die Oligonukleotide zerlegt werden. Weiterhin werden verschiedene DNA-Strukturen und Netzwerke hergestellt, welche mittels Gelelektrophorese, Atomkraft-, Elektronen- und Fluoreszensmikroskopie charakterisiert werden. Es wird gezeigt, wie die Herstellung von im Fluoreszensmikroskop beobachtbaren DNA-Verzweigungen möglich ist. Die Bildung von röhrenartigen Strukturen, welche sich mit der Zeit in zweidimensionale Netzwerke umlagern, wird anhand eines Modells zu Keimbildung und Keimwachstum erklärt. Für die gezielte Zusammenlagerung einer bestimmten Anzahl von Bausteinen werden mehrere Varianten untersucht. Bei den einzelnen Varianten sind große Unterschiede in der Steifigkeit feststellbar. Es werden Untersuchungen zum Einbau gebogener Abschnitte in DNA-Netzwerke durchgeführt. Dabei wird insbesondere auf Gestaltung der gebogenen Abschnitte zur Vermeidung von Fehlpaarungen eingegangen. Untersuchungen zur Metallisierung von Netzwerken zeigen, dass zur Beibehaltung der Struktur eine erhöhte Stabilität notwendig ist.

The exceptional self-assembly properties of DNA as well as its ability to interact with different kinds of chemical compounds and biological structures make this biomolecule to an interesting object for the fabrication of artificial nanostructures. In this work several methods for a DNA-based self-assembly of electronic nanocircuitry are explored. For this, four basic steps, which turned out to be essential within a circuit assembly process, are addressed: (i) The formation of multi-branched DNA junctions by a simple building-block procedure. (ii) The site-specific attachment of nanoobjects (gold colloids) at the center of DNA junctions. (iii) The integration of DNA into microstructured gold electrode arrays, in particular the stretching of single DNA molecules between two electrodes. For this a simple, but reliable methods for the functionalization of gold electrodes by using aminoethanethiol was developed, which enables end-specific attachment of the DNA but does not require DNA modification. (iv) The metallization of DNA. A synthesis procedure was developed, which results in the formation of continuous chains of 5nm platinum clusters along the DNA. The metal deposition process turned out to take place exclusively at the DNA while background metallization is completely suppressed.

Viele neue Technologien basieren auf Materialien die im Nanometerbereich strukturiert sind. Damit diese im großen Maßstab zur Anwendung gebracht werden können, werden Methoden benötigt solche nanostrukturierten Materialien kostengünstig zu produzieren. Magnetische Felder sind eine vielversprechende Möglichkeit die Anordnung von Nanostrukturen zu beeinflussen. In dieser Doktorarbeit wird eine Methode für die Herstellung magnetischer Nanostrukturen in Lösung präsentiert. Die Herstellungsmethode ist skalierbar und kostengünstig. Die synthetisierten Strukturen haben zufällige Formen und bewegen sich unter dem Einfluss eines externen rotierenden Magnetfelds im rechten Winkel zu der Ebene in der das Magnetfeld rotiert. Die dimensionslosen Geschwindigkeiten dieser zufällig geformten Propeller sind vergleichbar mit jenen früher publizierter helikaler Propeller. Das beobachtete Verhältnis zwischen Anregungsfrequenz und Propellergeschwindigkeit konnte mittels eines Drehmomentgleichgewichts verstanden werden. Dieses vertiefte Verständnis der Propellerbewegung ermöglichte eine theoretische Studie zur Kontrolle von Propellerschwärmen. Hierbei werden mehrere Propeller entlang frei wählbarer Bahnen gesteuert. Eine Kontrollstrategie wurde gefunden, welche die magnetische Feldstärke minimiert, die zum Erreichen einer vorgegebenen Genauigkeit nötig ist. Schließlich wurde das kollektive Verhalten von großen Mengen von magnetischen Propellern untersucht. Sowohl zufällig geformte als auch helikale Propeller bilden Zusammenballungen, die im dynamischen Gleichgewicht kreisförmig sind und langsam rotieren. Gleichförmig helikale Propeller ordnen sich in diesen Zusammenballungen hexagonal an. Der Vergleich zwischen Beobachtungen und Simulationen zeigte, dass hydrodynamische Interaktionen für die Bildung der Zusammenballungen nicht notwendig sind, aber dazu führen dass sich eine Randregion bildet, in der die Winkelgeschwindigkeit der Propeller erhöht ist. / New ways to cheaply produce and assemble useful micro- and nanostructures are needed to facilitate their deployment in novel technologies. Magnetic fields are a promising possibility to guide the assembly of nanostructures. This thesis presents a method to synthesize magnetic nanostructures in solution which can be actuated by external rotating magnetic fields. The synthesis method is scalable and can cheaply produce randomly shaped magnetic nanostructures in large quantities. The synthesized structures have random shapes and were observed to propel under the influence of an external magnetic field, perpendicular to the plane in which the external field is rotating. The random shapes move with dimensionless speeds that are comparable to those of previously published, nanofabricated propellers with controlled helical geometries. The observed relationship between actuating frequency and propulsion speed could be understood with a simple torque balance model. This improved understanding opened the door for a theoretical study on swarm control, i.e. the steering of several magnetic propellers along independent trajectories. A particular control strategy (critical control) was found, that minimizes the required magnetic field strength needed to achieve a certain control precision. Finally, the collective behavior of large numbers of propellers, moving upwards against gravity and towards a glass surface, was investigated. Both randomly shaped, as well as nanofabricated propellers were observed to form clusters which are circular and rotate slowly in dynamic equilibrium. The nanofabricated propellers displayed hexagonal ordering inside the clusters. Comparing the observed cluster dynamics to simulations revealed that hydrodynamic interactions between the propellers are not necessary for cluster formation, but lead to the formation of a boundary layer at the cluster edge, in which the angular velocity of the propellers is higher than in the rest of the rotating cluster.

Als "surface-layer" (S-Layer, SL) bezeichnet man die regelmäßig strukturierten Hüllproteinlagen auf der Oberfläche von etwa 80 % aller bisher bekannten Bakterienspezies. Sie entstehen durch Selbstassemblierung von identischen Proteinuntereinheiten, die wiederum zumeist durch nichtkovalente Wechselwirkungen mit der darunterliegenden Zellwandkomponente verknüpft sind. Trotz ihrer Diversität auf der Ebene der Primärstruktur weisen S-Layer verschiedener Bakterienarten einheitliche physikochemische Merkmale auf. Dazu zählt u.a. die Wiedereinnahme einer hochgradig strukturierten, porösen Proteinschicht nach reversibler Denaturierung. Infolge der Reassemblierung entstehen sowohl in Lösung als auch an Phasengrenzen Proteinassemblate, deren Porenanordnungen die gleiche regelmäßige Symmetrie aufweisen, wie die nativen Hüllproteine auf der Bakterienzelle. Das in seiner Domänenstruktur aufgeklärte Hüllprotein SbsC des mesophilen Bakterienstammes Geobacillus (G.) stearothermophilus ATCC 12980 zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Synthetisierbarkeit in E. coli aus. C-terminale Fusionen, die im Falle des verstärkt grün fluoreszierenden Proteins (EGFP) bis zu 240 Aminosäuren umfassen, führten nicht zu einem Verlust der Selbstassemblierung. Darüber hinaus zeigen in vitro gebildete SbsC-Assemblate eine außergewöhnliche Stabilität gegenüber hohen Ethanolkonzentrationen. Die durch gerichtete Mutagenese erzeugten SbsC-Fusionsproteine SbsC(aa 31-1099)-HspA und SbsC(aa 31-1099)-12His besitzen in assemblierter Form im Vergleich mit dem unmodifizierten Protein eine bis zu zweimal höhere Bindungsaffinität gegenüber Platinionen. In denaturierter Form waren beide Fusionsproteine in der Lage, Nickelionen zu komplexieren. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals ein SL-Protein in einem eukaryontischen Mikroorganismus produziert. Das in der Hefe S. cerevisiae gebildete Fusionsprotein SbsC(aa 31-1099)-EGFP assembliert dabei im Cytosol der Wirtszellen zu röhrenförmigen Assemblaten mit regelmäßiger Symmetrie. Das bisher unbekannte SL-Protein des Stammes G. stearothermophilus DSM 13240 wurde erfolgreich heterolog in E. coli exprimiert. Die Vorläuferform besitzt im Vergleich zum maturen Protein ein 31 aa umfassendes Sekretionssignal am extremen N-Terminus. Sowohl das authentische Protein als auch das heterolog in E. coli exprimierte Vorläuferprotein zeigen eine dem SbsC-Protein vergleichbare Reassemblierungscharakteristik. Im Gegensatz dazu führte die Verkürzung der N-terminalen 30 Aminosäuren des als S13240 bezeichneten Hüllproteins im heterologen System zu einem irreversiblen Verlust der Fähigkeit zur Selbstassemblierung.