Forschungsinteressen
Photonische Strukturen in der Natur
In der Natur ist Farbe allgegenwärtig. Tiere und Pflanzen entwickeln Strukturen im Submikrometerbereich, die das Licht so manipulieren, dass leuchtende und schillernde Farben entstehen. Diese so genannte Strukturfärbung beruht nicht auf Pigmenten, sondern auf verschiedenen photonischen Mechanismen wie mehrschichtigen Materialien, kristallinen Einschlüssen und Oberflächenbeugungsgittern. Ein bemerkenswertes Beispiel für eine intensive irisierende Färbung bei Pflanzen sind die Früchte von Pollia condensata. Die auffällige Farbe dieser Früchte entsteht durch Bragg-Reflexion von helikal gestapelten Cellulose-Mikrofibrillen, die mehrere Schichten in den Zellwänden des Epikarps bilden. Ihr leuchtend blauer Farbton ist intensiver als der vieler anderer biologischer Materialien. Einzigartig ist, dass die reflektierte Farbe von Zelle zu Zelle variiert, da die Dicke der Schichten in der Mehrschichtanordnung unterschiedlich ist, was der Frucht ein unverwechselbares pointillistisches Aussehen verleiht.
Ein weiteres bemerkenswertes Beispiel ist der in Südostasien beheimatete Cyphochilus-Käfer, dessen Weiß das von Papier übertrifft. Diese außergewöhnliche Leuchtkraft ist auf die hauchdünnen Schuppen zurückzuführen, die seinen Körper bedecken. Jüngste Forschungen über die optischen Eigenschaften dieser Schuppen haben gezeigt, dass sie das Licht effizienter streuen als jedes andere bekannte biologische Gewebe, was dem Käfer sein strahlend weißes Aussehen verleiht.
Symbiotische Materialien für ein besseres Lichtmanagement
In jüngster Zeit hat sich der Schwerpunkt meiner Forschung darauf verlagert, zu verstehen, wie lebende Einzeller symbiotische Beziehungen eingehen, um Licht synergetisch zu manipulieren, und neue Hybridmaterialien zu entwickeln, die funktionelle lebende Bausteine in synthetischen Matrizes kombinieren. Ich glaube, dass wir durch die Verbindung von künstlicher und lebender Materie Materialien mit radikal neuen, von lebenden Organismen „geliehenen“ Funktionalitäten herstellen können, die mit synthetischen Systemen allein nur schwer zu erreichen sind. Darüber hinaus werden diese neuartigen Hybridsysteme, die aus Zellen und biokompatiblen und biobasierten Matrizes bestehen, von Natur aus biologisch abbaubar und somit nachhaltiger sein.