Viren bieten vielversprechende Anwendungen in „Virotronics“ (Virus-basierte Technologie) und als weiche Gerüste für den Aufbau intelligenter mehrkomponentiger Materialien. Die Ff Klasse von Phagen einschließlich M13 und fd Phagen haben vor kurzem hohe Aufmerksamkeit wegen ihrer hohen Gleichmäßigkeit und Monodispersität erlangt. Materialwissenschaftler und chemische Biologen haben Phagen in Virus-basierten Anwendungen aufgrund ihrer geringen Produktionskosten, milden Temperatur und pH-Bedingungen, chemischen Modifizierbarkeit und Leichtigkeit der Manipulation verwendet. Darüber hinaus wurde ein flüssigkristallines Verhalten in Lösungen nachgewiesen; eine Eigenschaft, die stabförmige Phagen zu einem geeigneten Material für Selbstorganisation und der Physik der weichen Materie macht. Alle diese Merkmale brachten Phagen in den Fokus für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen, wie beispielsweise Halbleiter Technologie, Chemo- und Biosensoren und piezoelektrische Nanogeneratoren.

Den spontanen Zusammenbau von anisometrischen kolloidalen Teilchen, wie stabförmige M13 Phagen, in zwei Dimensionen (2D) kann über Verdampfung der kolloidhaltigen Suspensionen auf festen Substraten durchgeführt werden. Stabförmige Teilchen mit einem hohen Aspektverhältnis (beispielsweise sehr lange „Inoviruses“) zeigen flüssigkristallines (LC) Verhalten in Suspensionen und sie können als Polymerketten behandelt werden, die aus homogenen elastischen Material bestehen, wobei die Persistenzlänge des Moleküls seine Steifigkeit auszeichnet. Daher werden Suspensionen, die M13 Phagen enthalten, als ideale Modellsysteme für das Studium der Eigenschaften weicher Materie angesehen. Hier entwickelte ich ein Experiment, um einen Zustand zu erhalten, in dem filamentöse M13 Phagen einen größtmöglichen Grad der Ausrichtung entlang einer gemeinsamen Achse auf einem Substrat aufweisen. Ein Ziel ist es, eine Oberfläche zu erreichen, die mit dicht gepackten und gleichförmig ausgerichteten M13 Phagen möglichst vollständig bedeckt ist. Darüber hinaus wurde die Auswirkung der Substratoberflächenchemie auf die Ausrichtung und Orientierung der Makromoleküle untersucht. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieser Ansatz, dazu verwendet werden kann, orientierte virale Felder auf amorpher Kohlenstoffoberfläche zu immobilisieren. Ein besonderes Merkmal unseres Ansatzes ist, dass die oben genannten Strukturen durch Aufbringen einer Phagenlösung auf einer Oberfläche ohne den Einsatz von auf Nanopartikeln basierenden Montageverfahren wie „dip coating“ oder „convective assembly“ erhalten werden können. Jedoch besitzt ein geordnetes Medium von Flüssigkristallen häufig eine Vielzahl von Fehlstellen und Deformationen, wo der Direktor n(r) des Flüssigkristalls eine abrupte Änderung im Vergleich zu der Umgebung des Defektes erfährt. Experimentelle Forschung über diese Effekte sind noch immer eine große Herausforderung und wurde nur selten an beschränkten, stabförmigen, kolloidalen Teilchen auf strukturierten Oberflächen durchgeführt. Deshalb will ich die lokale Verformung von stabförmigen M13 Phagen untersuchen, die sich aus der Umgebung in einem unregelmäßigen Netz von dünnen Kohlenstoff Filmen ergibt und diese mit den existierenden Theorien vergleichen. Ich verschiebe den Fokus von Verdunstungsselbstorganisation auf rational designten Oberflächen zu der auf einer komplexen Oberfläche. Das Ziel ist es, die Möglichkeit einer Steuerung der Orientierung von M13 Phagen in 2D nematischen Filme zu untersuchen, indem strukturierte Substrate verwendet werden.

Diese stabförmigen Moleküle haben die Fähigkeit, eine Vielzahl von anorganischen Materialien zu mineralisieren. Sie können für das kontrollierte Wachstum von anorganischen Materialien verwendet werden, um Hybridstrukturen zu produzieren. Aufgrund dieser Eigenschaft sind Phagen in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit für die gezielte Ablagerung und Mineralisierung von anorganischen Substanzen gerückt. Hier verwende ich M13 Phagen, um Zinkoxid Nanopartikel aus einer Abscheidungslösung zu mineralisieren. Dies erlaubte uns, Nanohybridmaterialien zu konstruieren, die aus alternierenden organischen (M13 Phagen) und anorganischen (Zinkoxid) Schicht („layer-by-layer“) auf einem Substrat bestehen. Unser Ziel ist es, eine homogene und einheitliche Phagen-gestützte Anordnung von Schichtstrukturen zu erreichen und ihre Mikrostruktur, elementare Zusammensetzung und Homogenität zu bestimmen. Diese Hybridstrukturen haben ein Potenzial für den Einsatz in der Biotechnologie wie die organische Elektronik.