Digging Deep into the Sequence Space of Electrochemical Debonding of Peptides to Impact Next Generation Polymer Adhesives (IDefix)

Die Entwicklung neuartiger Polymerfunktionen auf der Grundlage rationaler Designkriterien, die aus einer tiefgreifenden statistischen Analyse umfangreicher experimenteller Datensätze abgeleitet wurden, würde die Materialentwicklung grundlegend beeinflussen und den nächsten Evolutionsschritt in der Makromolekulartechnik darstellen. Das IDefix-Projekt etabliert eine generische, informationsbasierte Designstrategie zur Definition von Polymer-Oberflächen-Wechselwirkungen, die die Schlüsseleigenschaft in verschiedenen Anwendungen darstellen. Das Projekt konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von Klebstoffen, um eine materialspezifische Adsorption und eine durch bestimmte elektrochemische Umwandlungen auslösbare Desorption zu ermöglichen. Die Grundlage für die Entwicklung solcher Polymere stammt aus dem Peptid-Phagen-Display (PD)-Biopanning mit einem fortschrittlichen Auswahlszenario und unter Verwendung von Next-Generation-Sequencing (NGS). Dies ermöglicht das Screening von 10^9 Sequenzen und das Auslesen von 10^6, wodurch Datensätze für Machine-Learning-Tools (ML) bereitgestellt werden. Es wurde ein neues Software-Tool namens „SurPhage“ entwickelt, das speziell auf das materialorientierte Biopanning zugeschnitten ist. Unter Nutzung von ML-Konzepten werden die Interpretation von Sequenzdaten und die Abstraktion von Merkmalen mit Sequenz-Funktionsdaten einer breiten Analyse-Pipeline kombiniert, um die Grundlage für generative Modelle für das In-silico-Design zu schaffen. Die zugrunde liegende Chemie basiert auf Peptiden mit L-3,4-Dihydroxyphenylalanin (Dopa)-Resten, die starke Katechol-Anker und einen einzigartigen Entbindungsmechanismus bei der Chinonoxidation aufweisen. Diese Strategie ermöglicht es jedoch, versteckte Champions zu identifizieren und neuartige Dopa-freie Mechanismen zu entdecken. Unter Verwendung des Designprinzips wurde eine IDefix-Plattform entwickelt, die Polymere von künstlichen Klebstoffproteinen bis hin zu Copolymeren abdeckt. Diese ermöglichen die elektrochemische Manipulation von Klebstoffen, Beschichtungen oder Membranen und erleichtern Anwendungen wie das Ablösen auf Befehl oder das Dimmen der Durchlässigkeit. Die Kombination von IDefix-Materialien mit piezoelektrischen Elementen führt zu selbstverstärkenden, mechanisch reaktionsfähigen Verbundwerkstoffen, und die Integration in Nahfeldkommunikationsgeräte ermöglicht ferngesteuerte Pflaster zur Wirkstofffreisetzung.