Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces

El departamento de Química Coloidal, dirigido por Markus Antonietti, se ocupa de la síntesis de diversas estructuras coloidales en el rango nanométrico. Esto incluye nanopartículas inorgánicas y metálicas, polímeros y unidades estructurales peptídicas, sus micelas y fases organizadas, así como emulsiones y espumas. La química coloidal permite crear materiales con una jerarquía estructural mediante coloides funcionalizados adecuados. Esto genera nuevas características gracias al trabajo en equipo de los grupos funcionales. Con la arquitectura apropiada, estos coloides pueden realizar tareas muy especializadas. Los sistemas moleculares individuales no pueden hacerlo debido a su falta de complejidad. Un ejemplo de ello es la piel: no existe ningún material sintético tan suave y a la vez tan resistente al desgarro, compuesto principalmente de agua. El secreto reside también en la interacción entre tres componentes (colágeno, ácido hialurónico y proteoglicano). Esta inusual combinación de características solo es posible gracias a la formación de una superestructura que actúa en conjunto. ^{[ 2 ]}

El Departamento de Biomateriales, dirigido por Peter Fratzl , se centra en la investigación interdisciplinaria en el campo de los materiales biológicos y biomiméticos. El énfasis radica en comprender cómo las propiedades mecánicas u otras propiedades físicas están determinadas por la estructura y la composición, y cómo se adaptan a las condiciones ambientales. Además, la investigación sobre materiales naturales (como el hueso o la madera) tiene aplicaciones potenciales en muchos campos. En primer lugar, los conceptos de diseño para nuevos materiales pueden mejorarse aprendiendo de la naturaleza. En segundo lugar, la comprensión de los mecanismos básicos mediante los cuales se optimiza la estructura del hueso o del tejido conectivo abre el camino para el estudio de enfermedades y, por lo tanto, para contribuir al diagnóstico y al desarrollo de estrategias de tratamiento. Una tercera opción es utilizar estructuras creadas por la naturaleza y transformarlas mediante tratamiento físico o químico en materiales técnicamente relevantes (biotemplado). Dada la complejidad de los materiales naturales, se necesitan nuevos enfoques para la caracterización estructural. Algunos de estos se desarrollan aún más en el Departamento, en particular para el estudio de estructuras jerárquicas. ^{[ 3 ]}

El Departamento de Teoría y Biosistemas, dirigido por Reinhard Lipowsky, investiga la estructura y la dinámica de moléculas, coloides y nanopartículas en sistemas biológicos y biomiméticos. Los componentes moleculares de estos sistemas se autoensamblan y forman diversas nanoestructuras supramoleculares, que interactúan para generar estructuras y redes aún mayores. Estos complejos procesos representan dimensiones ocultas de la autoorganización, ya que resultan difíciles de observar en las escalas de longitud y tiempo pertinentes.

Current research focuses on molecular recognition, energy conversion and transport by molecular motors, dynamics of transcription and translation, as well as self-organization of filaments and membranes.^[4]

The Department of Interfaces, headed by Helmuth Möhwald, is primarily motivated to understand molecular interfaces and to relate this to colloidal systems which are by nature determined by the large surface/volume ratio. Consequently, the strength of the department in characterizing planar or quasi-planar interfaces has been increased and in addition it has been tried successfully to transfer this knowledge to curved interfaces. From this we have again learned about planar interfaces since surfaces could be studied by techniques requiring large surface area (NMR, DSC).^[5]

The researchers in the Biomolecular Systems department, headed by Peter H. Seeberger, are using new methods for synthesizing sugar chains. Until recently most of the known naturally occurring sugars were those that supply energy to organisms such as sucrose (household sugar) and starch (in plants). However, the complex sugar molecules, which belong to the carbohydrate, are also involved in many biological processes. They cover all cells in the human body and play a crucial part in molecular identification of cell surfaces for example in infections, immune reactions and cancer metastases. Complex sugars are omnipresent as cell coatings in nature and can therefore also be used for vaccine development, e.g. against malaria. Carbohydrates are thus of significant interest for medicine; the major significance of sugar residues on the surfaces of cells for biology and medicine has only been recognized during the past approximately 20 years.^[6]

Until recently a chemical synthesis method to create biologically relevant carbohydrates with a known structure in large quantities and for biological, pharmaceutical and medical research was lacking. Now, these gaps can be closed with the development of the first automated synthesis apparatus that can link sugar molecules with other sugars or also molecules.

El proyecto IMPRS sobre Biosistemas Multiescala aborda los niveles fundamentales de los biosistemas , como los que proporcionan las macromoléculas en soluciones acuosas, el reconocimiento molecular entre estos componentes básicos, la transducción de energía libre por máquinas moleculares , así como la formación de estructuras y el transporte en células y tejidos. Las actividades de investigación se centran en cuatro áreas principales:

• Reconocimiento molecular de carbohidratos
• Interacción de biomoléculas con la luz
• Procesos intracelulares dirigidos
• Cambios de forma dirigidos en los tejidos