Forschung

Die Gruppe „Mechano(bio)chemie“ erforscht den Einfluss von Kräften auf die Struktur und Funktion von Molekülen und Materialien.

Molekulare Kraftsensoren

In biologischen Systemen vorkommende Kraftsensoren sind meist Proteine. Diese Proteine reagieren auf einen mechanischen Einfluss mit einer Konformationsänderung und wandeln diesen in ein biochemisches Signal um. Ziel unserer Forschung ist es, diese Mechanismen zu verstehen und auszunutzen. So können neue, artifizielle Kraftsensoren mit neuen Eigenschaften entwickelt werden. Diese artifiziellen Kraftsensoren besitzen ein optisches Readout-Signal, das Informationen über den molekularen Zustand des Sensors liefert. Neben Proteinen, können auch andere biologische Moleküle oder sogar synthetische Moleküle als Kraftsensoren dienen.

Kräfte in polymeren Materialien

Die von uns entwickelten Kraftsensoren werden eingesetzt, um mechanische Prozesse in polymeren Materialien zu untersuchen. Häufig verwendete mechanische Testmethoden messen die „Bulk“-Eigenschaften des Materials. Im Gegensatz dazu liefern unsere Kraftsensoren molekulare Information. Unsere Sensoren messen die Kräfte, die entlang einzelner Polymerketten wirken oder mit denen einzelne Querverbindungen belastet werden. Schwerpunkt unserer Forschung sind biologische und biomimetische Materialien, die in der Zellkultur verwendet werden. Ein besseres Verständnis der mechanischen Zell-Material Wechselwirkung erlaubt ein gezielteres Eingreifen in Zellwachstum und Differenzierung. Dieses Wissen ist von entscheidender Bedeutung für die Herstellung neuer synthetischer Materialien, z.B. für die Kultur von Stammzellen.

Integration von Kraftmessung und Fluoreszenzdetektion

Für die Entwicklung und Charakterisierung molekularer Kraftsensoren werden Methoden benötigt, die eine gleichzeitige Messung von Kraft und Fluoreszenz ermöglichen. Wir kombinieren Einzelmolekül-Kraftspektroskopie mit Einzelmolekülfluoreszenz-Methoden, um das Verhältnis zwischen angelegter Kraft und dem entsprechenden Fluoreszenzsignal zu kalibrieren. Darüber hinaus entwickeln wir neue Messansätze, die klassische mechanische Testmethoden mit Einzelmolekülfluoreszenz-Detektion kombinieren. Dies erlaubt es uns, das Schicksal jedes einzelnen Kraftsensors zu verfolgen, wenn das Material mechanisch belastet wird. Die daraus resultierenden lokalen Kraftverteilungen enthalten nicht nur wichtige Informationen für die Entwicklung neuer Materialien für die Zellkultur sondern darüber hinaus für das Design intelligenter Materialien mit selbstheilenden Eigenschaften.

 
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