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(C) Kresings, Münster

Soft Nanoscience

Center for Soft Nanoscience (SoN)

In der Natur organisieren sich nanoskalige Bauelemente einer Zelle zu hochdynamischen hierarchischen Strukturen und in einer Weise, die wir ‚Leben‘ nennen. Diese Selbstorganisation beinhaltet vor allem einen fehlertoleranten, modularen Aufbau sowie die Fähigkeit, Schädigungen zu reparieren, sich also ständig selbst zu erneuern, und sich schließlich sogar selbst zu reproduzieren. Die präzise und dabei räumlich-zeitlich dynamische Anordnung der einzelnen Bausteine bewirkt die biologische Funktionalität. Auch wenn es Konzepte für einfache Funktionen gibt, sind heutige synthetische Materialien selbst von Teilaspekten der Organisation und Funktion natürlicher biologischer Systeme noch weit entfernt. Eine kontrollierte Beherrschung dieser natürlichen Funktionsweise in synthetischen, biomimetischen Nanosystemen wird zu einer Schlüsselkompetenz der künftigen Nanowissenschaften werden. Sie wird neben einer Vielzahl von innovativen Ansätzen auf lange Sicht eine zielgerichtete Freisetzung von Wirkstoffen, eine gesteuerte Bildung interagierender (Zell-)Systeme und die Fertigung von neuartigen Funktionsmaterialien erlauben, und so auch zur Schonung von Ressourcen beitragen. Das Potential der Selbstorganisation wurde in Science mit der knappen Formulierung „How far can we push chemical self-assembly?“ (Science 309 (2005) 95) zu den größten wissenschaftlichen Herausforderungen für das neue Jahrhundert aufgeführt, und in 2012 die Weiterentwicklung funktionalisierter Materialien von der Nano- zur Mesoskala gefordert (Science 335 (2012) 1167).

Das Forschungsprogramm von SoN zielt auf die Untersuchung und das Verständnis der grundlegenden Prozesse zur Herstellung von biomimetischen Funktionsmaterialien nach dem molekularen „bottom-up“ Prinzip ab. Aus diesem breiten Themenfeld wird die Forschung in SoN zunächst auf funktionalisierte dreidimensionale Nanomaterialien und adressierbare Container fokussiert. Wichtig ist die Integration von experimentellen Vorgehensweisen mit theoretischen Modellen, sowohl für das Verständnis auf molekularer Ebene als auch für die nichtlinearen Prozesse der Selbstorganisation. Das Forschungsprogramm ist in zwei vernetzte Forschungs- und ein Methodenfeld organisiert.

Im Forschungsfeld A: Synthese und Selbstorganisation werden nach dem Vorbild der Natur weiche Nanomaterialien durch einen hierarchischen „bottom-up“ Aufbauprozess aus synthetischen und natürlichen molekularen Bausteinen (Kohlenhydrate, Peptide, Lipide, DNA, Polymere) erzeugt.

Im Forschungsfeld B: Steuerbare Nanomaterialien werden Nanomaterialien erzeugt, welche räumlich und zeitlich durch externe Reize gesteuert werden können und somit einer kontrollierten Beeinflussung zugänglich sind, wie Nanocontainer, molekulare Schichten, Gele und Hybridmaterialien.

In beiden Bereichen sind Verfahren aus dem Methodenfeld C: Nanotools essentiell, um einerseits die Assemblierung mit der notwendigen Präzision zu erreichen und andererseits das Erreichte sowohl in der Struktur als auch in der Funktion mit höchster Präzisionzu überprüfen und zu verstehen. Sowohl die Verfahren der Nanofabrikation als auch die Aussagekraft der Nanoanalytiken werden über den heutigen Stand hinaus weiter entwickelt. Darüber hinaus werden mit der in Münster aktiven quantitativen Technikfolgenforschung an Nanomaterialien ihre Immunreaktionen untersucht sowie im Centrum für Bioethik ihre gesellschaftlichen Wirkungen abgeschätzt. SoN wird eine international führende Stellung im Forschungsfeld „biomimetische Nanomaterialien“ einnehmen.