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Forschung und Projekte

Zusammenfassung des Forschungsprogramms

Die Vielseitigkeit  und die variablen Eigenschaften und Funktionen von Makromolekülen basieren einerseits auf einer großen Vielfalt einsetzbarer Monomere, andererseits auf der Fähigkeit zur Selbstassemblierung (engl.  self-assembly), d.h. dem Aufbau selbstorganisierter Strukturen, die in der chemischen Abfolge der Polymerketten kodiert sind. In einfachen Fällen von Selbstassemblierung in Polymeren wirkt die Konnektivität der Polymerkette als entscheidende Zwangsbedingung, was zum Auftreten einer ganzen Reihe von universellen Eigenschaften führt,unabhängig von der spezifischen chemischen Struktur. Darüber hinaus gibt es aber viele offene und wichtige Fragen in der Polymerwissenschaft, bei denen starke Korrelationen zwischen lokaler Ordnung und der globalen Konformation der Polymerketten auftreten. Im Sonderforschungsbereich TRR 102 untersuchen wir solche Strukturbildungs- und Selbstassemblierungsprozesse in Polymersystemen, bei denen die molekulare Struktur und Dynamik außer durch die Konnektivität stark durch zusätzliche Zwangsbedingungen beeinflusst werden. Beispiele für die zusätzlichen Zwangsbedingungen sind spezifische interne Wechselwirkungen, externe Kräfte, geometrische Einschränkungen, hohe Konzentrationen oder topologische Wechselwirkungen.

Zwei prominente derartige Prozesse und auch zentrale Themen des Sonderforschungsbereichs sind die Kristallisation von synthetischen Polymeren und die Bildung von Amyloiden im Bereich der Biopolymere. In beiden Fällen bilden sich größere Strukturen, angetrieben durch die Ausbildung von molekularer Ordnung auf lokaler Ebene, eingeschränkt durch die Konnektivität der Kettenmoleküle. Diese Einschränkung oder Zwangsbedingung führt zur Bildung teilgeordneter Strukturen mit typischerweise nanoskopischen Abmessungen in einer oder mehreren Dimensionen. Beide Prozesse tragen universelle Züge, aber im Unterschied zur Kristallisation spielen spezifische Wechselwirkungen bei der Amyloidbildung eine wichtige Rolle. Im TRR 102 untersuchen wir diese und verwandte Strukturbildungsprozesse und die Eigenschaften der resultierenden Systeme mit dem Ziel, die grundlegenden physikalischen Prinzipien herauszuarbeiten und zu verstehen. Um diese Ziele zu erreichen führen wir Expertise aus Chemie, Experimentalphysik, theoretischer Physik sowie Biophysik zusammen und setzen eine Vielzahl experimenteller Techniken ein. Diese werden ergänzt durch Computersimulationen, die auf unterschiedlichen Skalen und Komplexitätsniveaus ansetzten.

Teilprojekte:

A01Effekte der topologischen Einschränkungen in Polymerschmelzen auf
Kristallisation und Strukturbildung
Thurn-Albrecht, Saalwächter

MLU

A03Kristallisation in dynamisch-supramolekularen PolymerenBinder

MLU

A06NMR-Untersuchungen der Selbstorganisation und der Dynamik von amyloiden ProteinfibrillenHuster, Balbach

UL, MLU

A07Intra- und intermolekulare Strukturbildung in Anwesenheit spezifischer WechselwirkungenPaul

MLU

A08Organisation und Wechselwirkungen von Kristallinen der Augenlinse: Native
Zustände und Kataraktbildung
Saalwächter, Balbach

MLU

A09Strukturbildung und Aggregation solvatisierter Peptiden in Gegenwart gelöster IonenSebastiani

MLU

A10Dynamische und strukturelle Eigenschaften amyloidbildender und intrinische
ungeordneter Polypeptidketten
KiefhaberMLU
B01Amyloid-Protein-Aggregation und Fibrillenbildung in der Nähe von Grenzflächen und NanopartikelnAbel

UL

B02Struktur und lokale Eigenschaften von Polymeren in Kontakt mit idealen OberflächenWiddra

MLU

B03Substratinduzierte molekulare Ordnung und Keimbildung in dünnen Filmen aus
teilkristallinen Polymeren
Thurn-Albrecht

MLU

B04Nanomuster von MakromolekülenJanke

UL

B07Semikristalline Homopolymere und Blockcopolymere an der Luft/Wasser
Grenzfläche und in Langmuir-Blodgett Filmen auf festen Trägermaterialien
Kreßler

MLU

B08Breitbandige Dielektrische und Infrarot Spektroskopie zum Studium von
molekularer Dynamik und Ordnung von End-fixierten Polymeren in Nanometer
dünnen Domänen
Kremer

UL

B10Wechselwirkung einzelner Polymerketten in einer thermophoretischen FalleCichos

UL

B11Charakterisierung des Selbstanordnung-Prozesses von Hydrophobinen an Grenzflächen und in LösungHinderbergerMLU
B12Bildungsmechanismen früher Amyloidaggregate und der Einfluss
hochkonzentrierter makromolekularen Lösungen
OttMLU
B13Untersuchung von Strukturübergängen von einzelnen Polymerketten mit mechanischen SpannungenSeidelUL
B14Strukturbildung in kammartigen Polymeren mit steifem Rückgrat unter äußeren
Zwangsbedingungen: Einfluss von Scherfeldern und Grenzflächen
BeinerIMWS

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