Institut Maxe Plancka pro výzkum koloidů a rozhraní

Institut Maxe Plancka pro výzkum koloidů a rozhraní (MPIKG) je neuniverzitní výzkumné zařízení sponzorované společností Max Planck Society (MPG) se sídlem v Postupimi . Ústav primárně provádí základní výzkum v přírodních vědách v oblastech fyzikální chemie , vědy o materiálech a biofyziky .

Dějiny

Počátky ústavu sahají k ústavům bývalé Akademie věd NDR . 1. ledna 1992 byl založen Institut Maxe Plancka pro koloidy a rozhraní jako nástupce Institutů pro fyzikální chemii a organickou chemii v Berlíně-Adlershofu a Polymer Chemistry v Teltow . 1. října 1993 a 1. listopadu 1993 převzali vedení ústavu zakladatelé Markus Antonietti , Reinhard Lipowsky a Helmuth Möhwald . Výsledkem byla předběžná struktura s odděleními „Rozhraní“ (H. Möhwald), „Koloidní chemie“ (M. Antonietti) a „Teorie“ (R. Lipowsky). Akvizice vědců z bývalé NDR vedla dodnes k úzkým kontaktům s východní Evropou a Ruskem. Větší počet zaměstnanců přišel do Berlína a Teltowa se zakládajícími řediteli z Jülichu, Mainzu a Marburgu. V dubnu 1999 se společnost přestěhovala do nové budovy ve tehdejším Golmu poblíž Postupimi. 1. února 2003 mohlo zahájit práci čtvrté oddělení pod vedením Petera Fratzla . Chemik Peter Seeberger je dalším ředitelem ústavu od poloviny roku 2008 .

výzkum

Drobné krystaly apatitu v kostech, váčky, které se tvoří z membrán, ale také póry v membránách pro palivové články nebo mikrokapsle jako nosiče léků - všechny tvoří struktury, které jsou větší než atom, ale příliš malé pouhým okem. Vědci z Institutu Maxe Plancka pro výzkum koloidů a rozhraní vytvářejí takové nano a mikrostruktury. Často se jedná o koloidy - drobné částice v jiném médiu - nebo o rozhraní mezi dvěma látkami. Mnoho z těchto struktur se nachází v přírodě. Postupimští vědci chtějí pochopit jejich strukturu a funkci, aby je mohli následně napodobit v nových materiálech nebo ve vakcínách. Nebo identifikovat příčiny určitých onemocnění, ke kterým dochází, když membránové skládání nebo transport látek v buňkách nefunguje správně.

Institut Maxe Plancka pro koloidy a rozhraní byl založen v roce 1992. Je spravován kolegiálně a je rozdělen na oddělení Biomateriály, Biomolekulární systémy, Rozhraní, Koloidní chemie a Teorie a biosystémy. Současný výzkum se zaměřuje na polymerní filmy, membrány, organické a anorganické nanostruktury, mikrokapsle, biomineralizace, nano- a mikroreaktory, molekulární motory a vlákna a také na chemii a biologii sacharidů.

Vědecká práce se zaměřuje na biomimetické systémy. V návaznosti na modely z přírody jsou zkoumány nové hierarchické materiály a aktivní systémy, které mohou být adaptivní, samoléčivé nebo samo-sestavitelné.

Pracoviště ústavu:

• Biomateriály (Režie: Peter Fratzl )

Oddělení „Biomateriály“ zkoumá konstrukční princip přírodních materiálů, které příroda vyprodukovala v průběhu evoluce. Hlavní zaměření - ve dvou pracovních skupinách - je na jedné straně na mineralizované tkáně (jako jsou kosti, zuby nebo mušle) a na druhé straně na rostliny a jejich buněčné stěny. Důraz je kladen na mimořádné mechanické vlastnosti těchto přírodních materiálů, které se přizpůsobují neustále se měnícím vnějším podmínkám. Principy těchto adaptačních procesů jsou zkoumány v další pracovní skupině využívající fyzikální přístupy a počítačové modelování. K určení hierarchické struktury biologických materiálů, od molekulární úrovně po celý orgán, jsou nutné speciální techniky, z nichž některé je ještě třeba vyvinout. Ústřední roli zde hraje použití synchrotronového záření. Takto získané znalosti o vztahu mezi materiálovými vlastnostmi a strukturou se využívají pro biomimetickou koncepci a vývoj nových materiálů. V některých případech je také možné použít přírodní struktury - jako např B. uspořádání pórů ve dřevě - ke „kopírování“ přímo do technických materiálů, jako je keramika. Procesy výroby takové biotemplate jsou zkoumány v další pracovní skupině. Koneckonců, výzkum struktury a rizika zlomeniny kosti a jejích změn souvisejících s onemocněním je důležitým lékařským problémem, na kterém se intenzivně pracuje ve spolupráci s lékařskými profesionály.

• Biomolekulární systémy (Režie: Peter H. Seeberger )

Vědci z oddělení „Biomolekulární systémy“ používají nové metody syntézy cukrových řetězců. Mnoho přirozeně se vyskytujících cukrů bylo po dlouhou dobu známo pouze jako molekuly, které dodávají organismu energii ve formě sacharózy (domácího cukru) nebo škrobu a rostliny ji ukládají jako zásoby energie. Molekuly cukru, které jsou někdy velmi složité a patří do látkové třídy sacharidů, jsou však také zapojeny do mnoha biologických procesů. Pokrývají všechny buňky v lidském těle a hrají klíčovou roli v molekulárním rozpoznávání buněčných povrchů, a tím i při infekcích, imunitních reakcích a rakovinových metastázách. Složité cukry jsou v přírodě všudypřítomné jako buněčné obaly, a proto je lze použít také při vývoji vakcín, např. B. proti malárii. Mají proto velký lékařský zájem; Teprve za posledních asi 20 let byla uznána velká důležitost zbytků cukru na povrchu buněk pro biologii a medicínu.

Až donedávna neexistovala žádná metoda chemické syntézy, která by produkovala biologicky relevantní sacharidy se známou strukturou ve větším množství a poskytovala je tak pro biologický, farmaceutický a lékařský výzkum. Nyní byla tato mezera uzavřena a byl vyvinut první automatizovaný aparát pro syntézu, který spojuje molekuly cukru s jinými cukry nebo molekulami. S automatizovanou syntézou sacharidů byly vytvořeny předpoklady pro další a nový vývoj léků a vakcín na bázi cukru. Lékařské možnosti, které tato technologie otevírá, lze jen těžko přehlédnout: Jedním z prvních výsledků byla úplná syntéza toxinu malárie - to by mělo vést k vakcíně proti malárii, která si každoročně celosvětově vyžádá více než dva miliony obětí.

• Colloid Chemistry (Režie: Markus Antonietti )

Oddělení koloidní chemie se zabývá syntézou různých koloidních struktur v rozsahu nanometrů. To zahrnuje anorganické a kovové nanočástice, polymerní a peptidové stavební bloky, jejich micely a organizované fáze, ale také emulze a pěny. Koloidní chemie je schopna generovat materiály se strukturální hierarchií prostřednictvím vhodných funkcionalizovaných koloidů. To vytváří nové vlastnosti prostřednictvím „týmové práce“ funkčních skupin. S vhodnou architekturou mohou tyto koloidy s chemickou strukturou provádět velmi specifické úkoly. Molekulární systémy to nemohou udělat kvůli své složitosti. Příkladem toho je kůže: neexistuje žádný plast, který by byl tak měkký a zároveň tak odolný proti roztržení a přesto do značné míry sestával z vody. I zde spočívá tajemství v interakci tří složek (kolagen, kyselina hyaluronová, proteoglykan). Neobvyklé kombinace vlastností je dosaženo pouze vytvořením nástavby „v týmu“. Oddělení koloidní chemie se zaměřuje na fotoindukované molekulární procesy. Největší výzvou pro foto-indukované štěpení vody je najít vhodné katalyzátory. Nedávno byl představen nový katalyzátor na bázi syntetického polymeru, který se nyní dále vyvíjí a optimalizuje. Vědci pracující s Markusem Antoniettim jsou na cestě k vývoji enzymatických nanokatalyzátorů a umělé fotosyntézy, čímž nastavují milník pro výrobu zelené energie. Dalším výsledkem výzkumu je výroba uhlíku z biomasy ( hydrotermální karbonizace ).

• Theory and Bio-Systems (Režie: Reinhard Lipowsky )

V oddělení „Teorie a biosystémy“ se zkoumá struktura a dynamika molekulárních sestav a dalších nanostruktur v biologických a biomimetických systémech. Tyto systémy jsou tvořeny různými molekulárními stavebními bloky, které se spojují „samy o sobě“. Tímto způsobem se vytvářejí skupiny molekul, které zase vytvářejí ještě větší struktury a sítě. Tyto složité procesy jsou skryté dimenze samoorganizace, protože je lze přímo pozorovat pouze v omezené míře.

Současný výzkum se zaměřuje na molekulární rozpoznávání, přeměnu a transport energie molekulárními motory, dynamiku transkripce a translace a samoorganizaci vláken a membrán.

• Emeritní skupinová rozhraní (ředitel (em.): Helmuth Möhwald )

Porozumění molekulárním rozhraním a tedy jejich důležitosti pro koloidní systémy je hlavním předmětem našeho výzkumu. Malá velikost částic mezi jedním a 1000 nanometry přirozeně vede k vysokému poměru povrch / objem. Na základě tohoto porozumění se významně zvýšil výzkum oddělení v oblasti charakterizace rovinných a nerovinných rozhraní. Kromě toho byly provedeny úspěšné pokusy o přenos těchto znalostí na zakřivená rozhraní. S tímto pozadím bylo možné se dozvědět více o planárních rozhraních, protože velké povrchové plochy bylo možné podrobně prozkoumat pomocí technik, jako je NMR nebo DSC. Další důraz je kladen na vývoj nových materiálů, zejména uspořádání nanočástic na povrchy a výrobu multifunkčních povrchů.

Infrastruktura

Ústav udržuje úzké kontakty v zahraničí, zejména s východní Evropou, Ruskem a Čínou. Za tímto účelem je zapojeno do německo-čínské laboratoře v Pekingu společně s Čínskou akademií věd . Kromě řady národních spoluprací např. B. S berlínskými zdroji neutronového a synchrotronového záření ( Hahn-Meitner-Institut , BESSY ) je institut také zapojen do francouzsko-německé sítě a do výzkumné sítě EnerChem společnosti Max Planck Society. Doposud zde bylo šest spin-offů z ústavu, včetně Capsulution NanoScience AG a microparticles GmbH. Rozpočet je přibližně 10 milionů eur, z čehož přibližně 30% je financováno z fondů třetích stran. V ústavu v současné době pracuje přibližně 200 zaměstnanců. Vědecký vliv lze zatím vidět v přibližně 7 000 publikacích. V ústavu bylo navíc proškoleno přibližně 150 doktorandů a tucet profesorů.

International Max Planck Research School (IMPRS)

Institut je zapojen do Mezinárodní školy výzkumu Maxe Plancka pro multiscale biosystémy . IMPRS je anglický doktorský program, který umožňuje strukturovaný doktorát. Univerzita v Postupimi , Humboldtova univerzita v Berlíně a Svobodná univerzita v Berlíně jsou stále zapojeny do IMPRS ( International Max Planck Research School on Biomimetic Systems do konce roku 2012 ) . Mluvčím IMPRS je Reinhard Lipowsky.

webové odkazy

• Institut Maxe Plancka pro výzkum koloidů a rozhraní
• Publikace MPI na serveru eDoc MPG

Individuální důkazy

1. ↑ viz domovská stránka IMPRS na http://imprs.mpikg.mpg.de/

52,414905555556 12,969702777778Souřadnice: 52 ° 24 ′ 53,7 "  severní šířky , 12 ° 58 ′ 10,9"  východní délky