Makromoleküle und kolloidale Systeme Prof. Dr. Ivo Nischang Gemeinsame Professur der Kooperation der Universität Jena und des HZBs am HIPOLE Jena (Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen Jena) — seit 08/2023 86 — FORSCHUNG Forschungsschwerpunkte • Analytische Ultrazentrifugation (AUZ) und Methoden. • Makromolekulare Hydrodynamik, Lichtstreuung, Polymer– und Kolloidanalytik. • Charakterisierung von Materialien für die Energie– und Lebenswissenschaften. Wir sind im Bereich der Lebenswissenschaften am interfakultären Jena Center for Soft Matter (JCSM) aktiv, u. a., auch mit Beiträgen in den Sonderforschungsbereichen „PolyTarget“ (SFB 1278) und „AquaDiva“ (SFB 1076). Unsere Aktivitäten in der Energieforschung am interfakultären Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) und am Helmholtz-Institut für Polymere in Energieanwendungen Jena (HIPOLE Jena) erfolgen in Partnerschaft mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB). Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit den Struktur-Eigenschaftsbeziehungen makromolekularer und kolloidaler Systeme hinsichtlich molekularer Zusammensetzung und grundlegenden Daten, welche durch die Beobachtung des Verhaltens in Flüssigkeiten (Sedimentation, Diffusion, intrinsische Viskosität) als auch durch Wechselwirkung mit Licht (Streuung) gewonnen werden. Entwickelte Techniken betreffen die Flüssigchromatographie, Größenausschlusschromatographie und die Feld-Fluss-Fraktionierung gekoppelt zur dynamischen und Mehrwinkellichtstreuung. Die Polymer– und Kolloidanalytik (Hydrodynamik, Lichtstreuung, Stofftrennung) durch die unterschiedlichen Methoden gewonnenen Daten können miteinander korreliert und gegeneinander abgeglichen werden. Dieses Wissen erlaubt uns die Bestimmung der Molmasse, der Konformation von Polymeren, der Polymerarchitekturen, der effektiven hydrodynamischen Volumina als auch der Hydratation. Die darauf aufbauenden komplexen kolloidalen Systeme können in deren Gesamtheit als auch in Bezug zu den molekularen Bestandteilen, quantitativ betrachtet werden. Eine Schlüsseltechnik unserer Arbeiten ist die Analytische Ultrazentrifugation (AUZ) als transportbasierte Methode zur Untersuchung natürlicher und synthetischer makromolekularer und kolloidaler Systeme. Auf Basis konzeptioneller Entwicklung ermöglichen unsere Arbeiten die (Co-)Lokalisierung und Identifikation einzelner in Interaktion stehender Komponenten unter Einsatz der Multidetektion. Beispiele der Anwendung unserer Methoden sind die modernen Gebiete der Energie- und Lebenswissenschaften. [1] Anufriev I., Debbeler J., Traeger A., Nischang I. (2024): Analysis of macromolecular systems as enabler for energy and life science applications. Macromolecular Chemistry and Physics, DOI: 10.1002/ macp.202400055. [2] Anufriev I., Hoeppener S., Nischang I. (2023): PEG-Lipids: Quantitative study of unimers and aggregates thereof by the methods of molecular hydrodynamics. Analytical Chemistry, DOI: 10.1021/ acs.analchem.3c01999. [3] Cinar G., Solomun J. I., Mapfumo P., Traeger A., Nischang I. (2022): Nanoparticle sizing in the field of nanomedicine: Power of an analytical ultracentrifuge. Analytica Chimica Acta, DOI: 10.1016/ j.aca.2022.339741. Abb. 1. AUZ-Rotor und Laserstrahl, welcher durch die Flüssigkeit (blau), sichtbar in der de-assemblierten Zelle, läuft. Im Experiment dreht sich der Rotor bei hohen Geschwindigkeiten. Bild: I. Nischang.
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