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 Profil |
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Beschreibung des Instituts |
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Forschungsthemen im Überblick
Polymerdispersionen, Polyelektrolyte, amphiphile Block- und Pfropfcopolymere, Kolloidstrukturen und -analytik (Antonietti)
Hierarchischer Aufbau und mechanische Adaption natürlicher Materialien, Biomimetische Materialien und Biotemplate, Struktur und Qualität des Knochenmaterials bei Osteoporose und anderen Knochenerkrankungen, Anwendung von Synchrotronstrahlung und Neutronenstreuung in der Materialforschung (Fratzl)
Grenzflächen und Membranen, geladene Polymere und Kolloide, Biologische Physik (Lipowsky)
Flüssige Grenzflächen, Makromoleküle an festen Oberflächen, dünne organische Schichten, Hohlkapseln, Benetzung, Methodenentwicklung (Möhwald)
Glycochemie und Glycobiologie, Impfstoffentwicklung, fundamentale Mechanismen von Infektionskrankheiten (v.A. Malaria), Mikroreaktoren in der organischen Synthese, Glycoimmunologie, Darstellung von neuartigen Kolloiden (Seeberger)
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Beschreibung des Instituts
Die Kolloid- und Grenzflächenforschung befasst sich mit Strukturen im Nano- und Mikrometerbereich, also mit Strukturen, die sehr viel größer als Atome sind, aber gleichzeitig deutlich kleiner als die makroskopischen Dinge, die wir direkt wahrnehmen können. Dieser mesoskopische Zwischenbereich war lange eine "Welt der vernachlässigten Dimensionen" oder auch eine "Welt im Dämmerlicht". Heute wissen wir, dass es sich dabei um vielschichtige Systeme handelt, die oft aus sehr komplexen Strukturen aufgebaut sind.
Wir können uns diesem mesoskopischen Bereich auf zweierlei Weisen nähern. Einerseits können wir - von der uns vertrauten makroskopischen Welt ausgehend - zu immer kleineren Dimensionen
"hinabsteigen". So lässt sich z.B. ein makroskopischer Kristall in immer kleinere Kristallite zerlegen, die eine immer größere Oberfläche haben. Auf diese Weise werden Dispersionskolloide hergestellt, die u.a. in der Nahrungsmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie verwendet werden.
Der zweite Weg in die Welt der Kolloide führt über kleine Moleküle, die zu immer größeren Gebilden zusammengefügt werden. So lassen sich z.B. Polymere aus unterschiedlichen Monomeren aufbauen. Insbesondere kann man auch Monomere, die gut löslich sind, mit solchen kombinieren, die den Kontakt mit dem Lösungsmittel meiden. Diese amphiphilen Moleküle bilden spontan größere, supramolekulare Strukturen, wie Mizellen oder Vesikel.
Die komplexesten Kolloide und Grenzflächen finden sich zweifellos in der belebten Natur, die Wasser als universelles Lösungsmittel verwendet. So enthält jede Zelle eine große Zahl von Makromolekülen, die aus hydrophilen (wasserlöslichen) und hydrophoben (wasserunlöslichen) Monomeren aufgebaut sind. Außerdem assoziieren diese Moleküle zu flexiblen Membranen und rigiden Filamenten, die die räumliche Organisation der Zellen bestimmen. Da Kolloide und Grenzflächen sowohl in der belebten als auch in der unbelebten Natur eine entscheidende Rolle spielen, handelt es sich bei diesem Wissenschaftszweig um ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Physik, Chemie und Biologie umfasst. Ein wichtiger Aspekt der Grundlagenforschung ist dabei die Aufklärung der allgemeinen Gesetzmäßigkeiten, die der Strukturbildung und Selbstorganisation dieser Systeme zugrunde liegen. Ein besonderes Merkmal ist dabei das Zusammenwirken mehrerer schwacher Wechselwirkungen mit der Entropie, so dass sich Struktur und Eigenschaften der Systeme abhängig von Umgebungsparametern qualitativ ändern können.
Ein Hauptaugenmerk unserer Forschung gilt biomimetischen Systemen. Dies sind theoretische und experimentelle Modelle, die die Eigenschaften der lebenden Materie nachahmen. Solche Modelle sind ein notwendiger Schritt für die Beschreibung der Funktion biologischer Zellen und Membranen. Die Natur hält hierzu eine Vielzahl integrierter, effizienter und auch eleganter Lösungen bereit, die das Ergebnis einer mehrere Millionen Jahre währenden evolutionären Entwicklung sind. Das Besondere am natürlichen System ist, dass es intelligent auf Umweltreize antwortet und sich selbst repariert.
Das Studium biomimetischer Systeme umfasst mehrere wissenschaftliche Ansätze, die verschiedene und komplementäre Methoden zur Verfügung stellen, wie z.B.: (bio-)chemische Methoden, um die Systeme aufzubauen, (bio-)physikalische Methoden, um die Strukturblöcke und deren supramolekulare Organisation zu charakterisieren sowie theoretische Methoden, um diese Strukturen und deren Dynamik zu modellieren und zu analysieren.
Aktuelle Forschungsschwerpunkte der Kolloid- und Grenzflächenforschung am Institut sind Nanostrukturierung in amphiphilen Systemen, biomimetische Mineralisation, biokompatible Materialien, Polyelektrolyt-Multischichten, Benetzung von strukturierten Oberflächen, Selbstorganisation von Membranen und hierarchischer Aufbau von Biomaterialien und Kompositen. Das MPI hat zusätzliche Forschungsschwerpunkte über Biokolloide und biomimetische Systeme eingerichtet (wie Polymer-Protein-Hybride, Erkennung an Oberflächen sowie molekulare Motoren).
Neu hinzugekommen ist eine Abteilung die sich mit Molekülen auf den Oberflächen menschlicher Zellen beschäftigt. Dort spielen komplexe Zucker eine wichtige Rolle. Automatische Methoden zur Herstellung solcher Kohlenhydrate wurden entwickelt und die Rolle der Oberflächenmoleküle in Infektionskrankheiten wird untersucht. Die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung werden in der Entwicklung von Impfstoffen angewandt.
Darüber hinaus beteiligt sich das MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung sehr aktiv an der akademischen Lehre und Ausbildung. Jährlich werden etwa 25 Doktorarbeiten fertig gestellt und zwei bis drei Wissenschaftler auf permanente Professurenstellen im In- oder Ausland berufen.
Die Aktivitäten über biomimetische Systeme und die
Ausbildung von jungen Forschern auf diesem Gebiet werden durch die vom Institut ins Leben gerufene Internationale Max-Planck Research School on "Biomimetic Systems", die jetzt vom Marie-Curie Early Stage Training Netzwerk komplettiert wird, entscheidend gestärkt und unterstützt.
Die gemeinsam mit der Universität Potsdam 2001 gegründete "International Max Planck Research School (IMPRS) on Biomimetic Systems" wird von der Max-Planck-Gesellschaft und dem Land Brandenburg unterstützt. Das Programm kann in jedem Jahr bis zu 20 Studenten aufnehmen, dauert drei Jahre und führt zu einem Abschluss als Doktor der Physik, Chemie oder Biologie.
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| © 2012, Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam |
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