Kurzporträt

Kurzporträt

Die Kolloid- und Grenzflächenforschung beschäftigt sich mit sehr kleinen bzw. sehr dünnen Strukturen im Nano- und Mikrometerbereich. Einerseits handelt es sich bei diesen Strukturen um eine ganze „Welt der versteckten Dimensionen“, andererseits bestimmt die komplexe Architektur und Dynamik dieser Strukturen das Verhalten von sehr viel größeren Systemen, wie z. B. Organismen. Ein tieferes Verständnis von Kolloiden und Grenzflächen ist deshalb Schlüssel für zahlreiche Neuerungen, wie z. B. die Entwicklung von „intelligenten“ Wirkstoffträgern und Biomaterialien. Dazu ist ein interdisziplinärer Zugang notwendig, der chemische Synthese und biomimetische Materialentwicklung mit physikalischer Charakterisierung und theoretischer Modellierung verknüpft. Die Nano- und Mikrostrukturen, die am MPIKG erforscht werden, sind aus speziellen Molekülen aufgebaut, die nach dem Prinzip der Selbstorganisation „von selbst“ geordnete Strukturen aufbauen.

Biomaterialien (Professor Peter Fratzl)
Viele Nano- und Mikrostrukturen sind hierarchisch aufgebaut. Besonders eindrucksvolle Beispiele für diesen „verschachtelten“ Systemaufbau finden sich in mineralisierten Geweben, wie Knochen, Zähnen oder Muschelschalen, sowie in Pflanzen und deren Zellwänden. Diese Systeme werden in der Abteilung „Biomaterialien“ mit physikalischen Methoden erforscht. Dabei wird z. B. die Methode der fokussierten Synchrotronstrahlung eingesetzt, die es erlaubt, die Struktur von Mikrodomänen des Materials sichtbar zu machen. Im Zentrum des Interesses stehen die Struktur-Funktions-Beziehungen dieser natürlichen Materialien, insbesondere ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften, die sich ständig wechselnden äußeren Bedingungen anpassen.


Biomolekulare Systeme (Professor Peter H. Seeberger)
In der Abteilung „Biomolekulare Systeme“, die im Jahr 2008 neu eingerichtet wurde, werden z. B. „maßgeschneiderte“ Zuckermoleküle synthetisiert und mit anderen molekularen Gruppen verknüpft. Diese komplexen Kohlehydrate können andere Kohlehydrate sowie Proteine und Antikörper an ihrem molekularen Aufbau erkennen und diskriminieren. Ein langfristiges Ziel ist dabei die Entwicklung von neuartigen Impfstoffen auf Zuckerbasis.


Kolloidchemie (Professor Markus Antonietti)
Hier werden wiederum verschiedenartige Makromoleküle eingesetzt, um daraus mesoskopische Verbundsysteme und Hybridmaterialien mit unterschiedlicher Architektur aufzubauen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der gezielten Kodierung von Strukturbildung und Selbstorganisation, d. h. die Moleküle enthalten bestimmte Muster, die die Strukturbildung steuern und die Zielstruktur weitgehend festlegen. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Abteilung ist die Umwandlung von Biomasse in Kohle mittels der hydrothermalen Karbonisierung, ein Prozess, der einen wichtigen Beitrag zur Fixierung von CO2 liefern könnte.


Theorie & Bio-Systeme (Professor Reinhard Lipowsky)
Die Aktivitäten der vier experimentellen Abteilungen werden durch theoretische Untersuchungen in der Abteilung „Theorie & Bio-Systeme“ ergänzt. Aktuelle Schwerpunkte der Theorie sind molekulare Maschinen und mehrkomponentige Membranen. Zur Abteilung gehört auch ein Labor für die experimentelle Untersuchung von Lipid-Membranen und -Vesikeln. Diese theoretischen und experimentellen Aktivitäten verfolgen das langfristige Ziel, die grundlegenden Mechanismen und generellen Prinzipien aufzuklären, die die Selbstorganisation von Bio-Systemen im Nanobereich bestimmen.

Max-Planck-Forschungsgruppe "Mechano(bio)chemie (Dr. Kerstin Blank)
Biologische Systeme besitzen eine Vielzahl von Molekülen mit mechanischer Funktion. Sie dienen entweder als strukturelle Bausteine oder detektieren mechanische Signale. Ziel der Max Planck Forschungsgruppe „Mechano(bio)chemie“ ist es, zu verstehen wie die Struktur und Funktion biologischer Moleküle durch mechanische Kräfte bestimmt und reguliert wird. Dies erlaubt die Entwicklung von neuartigen molekularen Kraftsensoren. Integriert in ein synthetisches, biomimetisches Material, können diese Kraftsensoren dem Material selbstheilende oder sensorische Funktion verleihen.

Emeritusgruppe (Professor Helmuth Möhwald)
Weitere Nanostrukturen, die sich „von selbst“ organisieren, sind molekulare Monoschichten sowie Multischichten aus positiv und negativ geladenen Polymeren, zwei Schwerpunkte der Abteilung „Grenzflächen“. Die Nanostrukturen werden dabei an mesoskopischen und makroskopischen Grenzflächen befestigt und können dann mit physikalischen Untersuchungsmethoden sehr präzise vermessen werden. Die Multischichten von geladenen Polymeren lassen sich für die Verkapselung von ganz unterschiedlichen Wirkstoffen einsetzen, von biologischen Wirkstoffen hin bis zum Korrosionsschutz.

 
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