Selbstorganisation DNA-basierter Dendrimere im Bulk und auf Oberflächen

Die tägliche Erfahrung lehrt uns, dass zwei Objekte nicht an der gleichen Stelle liegen können. Dies trifft offensichtlich sowohl für makroskopische Objekte zu, wie Bücher und Tische, als auch für mikroskopische Teilchen, wie Atome und Moleküle. Zwischen diesen beiden extremen Längenskalen liegt jedoch die mesoskopische Welt der Makromoleküle, welche typischerweise in Systemen der so genannten Weichen Materie eine zentrale Rolle spielen: gängige Beispiele sind Polymerketten oder verzweigte, baumartige Dendrimere, die wie aus Kohlenstoffatomen aufgebaute Schneeflocken aussehen. Vor einigen Jahren wurde nun mit Hilfe theoretischer Methoden vorhergesagt, dass sich zwei (oder mehrere) Dendrimere unter bestimmten Bedingungen überlappend anordnen können, d.h. ihre Schwerpunkten können tatsächlich sehr wohl am gleichen Ort lokalisiert sein; in einem Ensemble können auf diese Weise spontan makroskopische Kristalle aus solchen Teilchen-Clustern entstehen. Für diese Kristalle wurden Elastizitäts- und Transporteigenschaften vorhergesagt, die sich von denen gewöhnlicher (also atomarer) Festkörper deutlich unterscheiden, somit diese als Hybridmaterialien die Charakteristiken von fließender und fester Materie vereinen. Im vorgelegten Projekt planen wir diese neuartigen Kristalle erstmals im Labor herzustellen; dies soll durch eine enge Zusammenarbeit zwischen experimentellen und theoretischen Gruppen ermöglicht werden. Unsere Dendrimere basieren dabei auf dem wohl vielseitigsten und interessantesten Polymer, nämlich auf DNA-Ketten. In enger Zusammenarbeit zwischen Theorie und Experiment soll es uns gelingen, diese ungewöhnlichen Materialien mit ihrem außerordentlichen Anwendungspotential erstmalig synthetisch darzustellen. Darüberhinaus werden wir die Selbst-Organisation dieser Moleküle an der Grenzfläche zwischen Wasser und Luft erforschen, und somit ihr Potential für die Nanostrukturierung von funktionellen Oberflächen ausloten.