SFB 613
 
 
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Forschungsprogramm des SFB613

Gegenstand und Leitthema des Sonderforschungsbereichs SFB 613 ist die grundlegende und modellhafte Untersuchung der physikalischen Mechanismen von Einzelmolekülprozessen und molekularer Erkennung in organischen Molekülsystemen. Die spezifische Erkennung von molekularen Strukturen unterschiedlicher chemischer Ausprägungen ist die Grundlage für die Selbstorganisation kleiner Moleküle zu funktionellen Nano- und Mikrostrukturen. Die selektive Anordnung molekularer Bausteine durch mehrfache, kollektive und unspezifische Wechselwirkungen zu maßgeschneiderten Architekturen definierter Dimension ermöglicht eine fast unerschöpfliche Vielfalt von neuen funktionalen Systemen, welche heute in Bezug auf die darin ablaufenden elementaren Vorgänge auf Einzelmolekülniveau untersucht werden können (siehe Abb. 1)

Molekulare Erkennung

Abbildung 1: Molekulare Erkennung an (a) theoretisch-physikalischen, (b) bioanorganisch-chemischen, (c) biochemischen und (d) biologischen Molekülsystemen unterschiedlicher Komplexität und Dynamik.

Neben den grundlegenden Fragestellungen enthalten die im SFB geleisteten Arbeiten auch vielfältige technologische und anwendungsorientierte Entwicklungen, die - interdisziplinär zwischen Physik, Chemie und Biologie angesiedelt - sowohl experimentelle wie auch theoretische Fragestellungen beinhalten. Das zentrale Leitthema lässt sich damit an drei zentralen Forschungszielen festmachen:

-> Untersuchung, Aufklärung und Quantifizierung der physikalischen Mechanismen molekularer Wechselwirkungen und Funktionalitäten,

-> Entwicklung und Anwendung neuer analytischer Methoden zur Untersuchung von Einzelmolekülprozessen und molekularer Erkennung, und

-> interdisziplinäre Betrachtung von komplexen Fragestellungen auf molekularem Niveau in experimenteller wie auch theoretischer Hinsicht.

Da auf den relevanten molekularen Skalen die klassischen Disziplinengrenzen verschwinden, wurde bei der Einrichtung des Sonderforschungsbereichs 613 großer Wert auf einen stark interdisziplinär ausgerichteten Forschungsansatz gelegt wo zahlreiche Arbeitsbereiche der Fakultäten für Physik, Chemie und Biologie beitragen.

Dabei sollen wesentliche neue Beiträge zu Struktur, Wechselwirkung, Funktionalität, Dynamik und Organisation organischer Molekülsysteme komplexer übergeordneter Prozesse untersucht werden, wobei natürlich vorkommende Molekülsysteme, Mutationen davon, und/oder biomimetische Analoga im Zentrum des Interesses stehen. Gerade der Brückenschlag zwischen in der Natur vorkommenden Molekülsystemen und biomimetischer Analoga unterstreicht den (langfristigen) Anspruch des Sonderforschungsbereichs Erkenntnisse über physikalische Wechselwirkungs-mechanismen auf künstliche und abiotische Systeme zu übertragen, um komplexe Funktionalitäten nachzubauen oder zu imitieren (´Reverse engineering and biomimetics´).

Da viele dieser Prozesse in ihrer Natur Einzelmolekülprozesse, sind, d.h. einzelne oder wenige Moleküle kontrollieren oder steuern übergeordnete Prozesse, müssen diese daher oft auch auf dieser Skala untersucht werden. Damit muss neben dem erkenntnisorientierten Forschungsansatz der methodisch orientierte Schwerpunkt für die Weiterentwicklung und Anwendung von Einzelmolekülverfahren wie der Rasterkraftmikroskopie/-Spektroskopie, der Einzelmolekül-Fluoreszenz-Mikroskopie/-Spektroskopie, der optischen Pinzette, der Photostromspektroskopie an Einzelmolekül-kontakten, sowie der dynamischen Beobachtung und intrazellulären Steuerung magnetischer Sonden verfolgt werden (siehe Abb. 2).

Einzelmolekülmethoden

Abbildung 2: Einzelmolekülmethoden wie (a) AFM-Kraftspektroskopie, (b) FCS und FRET, (c) Elektrische Punktkontaktspektroskopie, sowie (d) Optische Pinzetten und Nanoporen werden im SFB 613 eingesetzt.