Bio4Monitoring
Ankerpeptid basierte Überwachung von Leichtbaustrukturen
Bio4Monitoring zielt auf die Entwicklung neuer Ansätze für die Überwachung des Materialzustands von Leichtbaustrukturen durch die Anwendung von biobasierten Beschichtungen, die aus fluoreszierenden Ankerpeptiden (AP) bestehen und selektiv haften (genauere Erläuterung s.u.). Die beiden angestrebten Anwendungen sind:
- "PepCrack": Es wird ein materialspezifisches, fluoreszierendes biobasiertes Beschichtungssystem zur Früherkennung von Rissen und Defekten in Oberflächenbeschichtungen von Leichtbaustrukturen entwickelt.
- "BioMeasure": Ein zugehöriges automatisiertes Mess- und Datenverarbeitungssystem wird entwickelt. Das BioMeasure-System nutzt Deep-Learning-Algorithmen, um die gesammelten Daten (Bilder von Defekten) zu analysieren, und die Leistung des Modells wird durch aktive Lernstrategien iterativ verbessert.
Besonders bei metallischen Strukturen in der Luftfahrt wird derzeit ein großer Aufwand betrieben, um Risse in Schutzbeschichtungen zu erkennen. Ein großer Teil dieser Inspektionen wird visuell durchgeführt. Der Riss muss dabei mit dem bloßen Auge sichtbar sein, was ein Kostentreiber bei regelmäßigen Inspektionsintervallen ist. Durch eine vereinfachte und automatisierte Rissdetektion könnten die Sicherheit verbessert und die Zeitintervalle zwischen den Inspektionen erhöht werden, was mit deutlichen Kosteneinsparung einhergeht.
Um dem abzuhelfen, wird im Rahmen von PepCrack ein biobasiertes Beschichtungssystem basierend auf Ankerpeptiden entwickelt, welches die Risse hervorheben soll. Um Risse sichtbar zu machen, werden die fluoreszierenden Ankerpeptide zusätzlich mit der Fähigkeit zur selektiven Bindung an die metallische Oberfläche, aber nicht an der Beschichtung, entwickelt. Dabei handelt es sich um ein einfaches und kostengünstiges System, das die Erkennung kleiner Risse in einem frühen Stadium durch einfache Fluoreszenzdetektion ermöglicht. Diese Art der selektiven Markierung von Rissen ist einzigartig und kann in eine Vielzahl von Anwendungsfeldern übertragen werden.
Ankerpeptide sind kleine Moleküle mit Größen von 1 bis 3 nm, die als Beschichtung mit hoher Dichte mit verschiedenen Materialoberflächen, zum Beispiel Metalle, Legierungen, Polymere, eine stoffschlüssige Bindung eingehen. Die Bindung kann in Stärke, Spezifität sowie Reversibilität eingestellt werden. Um die gebundenen Ankerpeptide sichtbar zu machen, werden sie genetisch an ein fluoreszierendes Reportermolekül, zum Beispiel grün fluoreszierendes Protein, fusioniert. Aufgebracht wird diese Beschichtung durch einfaches Versprühen.
Im Rahmen von Bio4Monitoring bringt das Institut für Strukturmechanik und Leichtbau seine Kompetenzen in der Versuchstechnik, der Strukturmechanik und Strukturüberwachung ein und beschäftigt sich vor allem mit der Interpretation der Messdaten. Es ist verantwortlich für die Durchführung und Auswertung aller mechanischen Tests, sowie für die physikalische-basierte Signalbewertung des zu entwickelnden Systems.
Partner
Das Projekt vereint die Kernkompetenzen der Partnereinrichtungen in den Bereichen Protein-Engineering (ABBt), der quantitative Bilddatenverarbeitung (LfB) und der Strukturmechanik:
- Lehrstuhl für Biotechnologie der RWTH Aachen University (ABBt)
- Lehrstuhl für Bildverarbeitung der RWTH Aachen University (LfB)
Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 031B1155 / 031B1155X gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut.