Институт коллоидов и интерфейсов имени Макса Планка ( нем . Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung ) расположен в Потсдам-Гольмском научном парке в Гольме , Потсдам , Германия . Он был основан в 1990 году как преемник Института физической химии и органической химии в Берлине - Адлерсхофе , а также Института полимерной химии в Тельтове . В 1999 году он переехал в недавно построенные дополнительные помещения в Гольме. [1] Это один из 80 институтов Общества Макса Планка ( Max-Planck-Gesellschaft ).
Будучи частью Общества Макса Планка, институт изучает нано- и микроструктуры, в частности коллоиды , в которых многие встречаются в природе. С открытиями ученые создают крошечные кристаллы апатита в костях , везикулы , образованные из мембран , поры в мембранах для топливных элементов и микрокапсулы в качестве транспортных средств для медицинских препаратов — все они больше атома , но слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом . Ученые из Потсдамского института стремятся понять, как они составлены и как они работают, чтобы имитировать поведение в новых материалах или вакцинах , например. Понимание функции этих структур также может помочь определить причины определенных заболеваний, которые возникают, когда сворачивание мембран или транспорт материалов в клетках не работают должным образом.
Отделение коллоидной химии, возглавляемое Маркусом Антониетти, занимается синтезом различных коллоидных структур в нанометровом диапазоне. Сюда входят неорганические и металлические наночастицы, полимеры и пептидные структурные единицы, их мицеллы и организованные фазы, а также эмульсии и пены. Коллоидная химия способна создавать материалы со структурной иерархией с помощью соответствующих функционализированных коллоидов. Это создает новые характеристики посредством «командной работы» функциональных групп. При соответствующей архитектуре эти коллоиды могут выполнять очень специализированные задачи. Отдельные молекулярные системы не могут этого сделать из-за отсутствия сложности. Примером этого является кожа: нет синтетического материала, который был бы таким же мягким и одновременно таким прочным на разрыв, и при этом в основном состоял бы из воды. Секрет этого также кроется во взаимодействии между тремя компонентами (коллаген, гиалуроновая кислота , протеогликан). Такое необычное сочетание характеристик стало возможным только благодаря формированию суперструктуры «в команде». [2]
Отделение биоматериалов, возглавляемое Петером Фратцлем , фокусируется на междисциплинарных исследованиях в области биологических и биомиметических материалов. Основное внимание уделяется пониманию того, как механические или другие физические свойства регулируются структурой и составом, и как они адаптируются к условиям окружающей среды. Кроме того, исследования природных материалов (таких как кость или дерево) имеют потенциальное применение во многих областях. Во-первых, концепции дизайна новых материалов могут быть улучшены путем обучения у Природы. Во-вторых, понимание основных механизмов, с помощью которых оптимизируется структура кости или соединительной ткани, открывает путь для изучения заболеваний и, таким образом, для содействия диагностике и разработке стратегий лечения. Третий вариант — использовать структуры, выращенные Природой, и преобразовывать их путем физической или химической обработки в технически соответствующие материалы (биошаблоны). Учитывая сложность природных материалов, необходимы новые подходы к структурной характеристике. Некоторые из них далее разрабатываются в Отделении, в частности, для изучения иерархических структур. [3]
Кафедра теории и биосистем, возглавляемая Рейнхардом Липовски, исследует структуру и динамику молекул, коллоидов и наночастиц в биологических и биомиметических системах. Молекулярные строительные блоки этих систем собираются «сами по себе» и образуют множество надмолекулярных наноструктур, которые затем взаимодействуют, образуя еще более крупные структуры и сети. Эти сложные процессы представляют собой скрытые измерения самоорганизации, поскольку их трудно наблюдать в соответствующих масштабах длины и времени.
Текущие исследования сосредоточены на молекулярном распознавании, преобразовании энергии и транспорте молекулярными моторами, динамике транскрипции и трансляции, а также самоорганизации филаментов и мембран. [4]
Отдел интерфейсов, возглавляемый Хельмутом Мёхвальдом, в первую очередь мотивирован на понимание молекулярных интерфейсов и на то, чтобы связать их с коллоидными системами, которые по своей природе определяются большим отношением поверхности к объему. Следовательно, сила отдела в характеристике плоских или квазиплоских интерфейсов была увеличена, и, кроме того, были предприняты успешные попытки перенести эти знания на изогнутые интерфейсы. Из этого мы снова узнали о плоских интерфейсах, поскольку поверхности можно было изучать методами, требующими большой площади поверхности (ЯМР, ДСК). [5]
Исследователи из отдела биомолекулярных систем, возглавляемые Питером Х. Сибергером, используют новые методы синтеза сахарных цепей. До недавнего времени большинство известных природных сахаров были теми, которые снабжают организмы энергией, такими как сахароза (домашний сахар) и крахмал (в растениях). Однако сложные молекулы сахара, которые относятся к углеводам, также участвуют во многих биологических процессах. Они покрывают все клетки человеческого тела и играют важную роль в молекулярной идентификации клеточных поверхностей, например, при инфекциях, иммунных реакциях и раковых метастазах. Сложные сахара повсеместно присутствуют в качестве клеточных покрытий в природе и поэтому могут также использоваться для разработки вакцин, например, против малярии. Таким образом, углеводы представляют значительный интерес для медицины; основное значение остатков сахара на поверхности клеток для биологии и медицины было признано только в течение последних примерно 20 лет. [6]
До недавнего времени отсутствовал метод химического синтеза для создания биологически значимых углеводов с известной структурой в больших количествах и для биологических, фармацевтических и медицинских исследований. Теперь эти пробелы могут быть закрыты с разработкой первого автоматизированного аппарата синтеза, который может связывать молекулы сахара с другими сахарами или также молекулами.
Институт в Голме насчитывает в общей сложности 358 сотрудников, включая 91 ученого и 99 младших ученых и исследователей, 6 учеников, 138 сотрудников, получающих зарплату за счет сторонних фондов, и 24 приглашенных исследователей. В настоящее время Институт коллоидов и интерфейсов возглавляют следующие люди: [7]
Научные члены, директора
Почетный директор
Административный менеджер
Совет попечителей
Международная школа Макса Планка (IMPRS) по многомасштабным биосистемам — это аспирантская программа, сотрудничающая с Потсдамским университетом , Свободным университетом , Университетом Гумбольдта в Берлине и Институтом биомедицинской инженерии Фраунгофера IBMT в Санкт-Ингберте . В этой программе молодые талантливые аспиранты могут работать над сложным исследовательским проектом и развивать свои навыки научной коммуникации и управления. [8]
IMPRS по многомасштабным биосистемам рассматривает фундаментальные уровни биосистем , предоставляемые макромолекулами в водных растворах, молекулярное распознавание между этими строительными блоками, свободную передачу энергии молекулярными машинами , а также формирование и транспорт структур в клетках и тканях. Исследовательская деятельность сосредоточена на четырех основных областях:
52°24′54″с.ш. 12°58′8″в.д. / 52.41500°с.ш. 12.96889°в.д. / 52.41500; 12.96889