Radicals

Radikale treiben viele chemische Prozesse in unserer Atmosphäre und auf der Erde voran. Als hochreaktive Spezies zerstören sie sowohl künstliche als auch natürliche Molekülsysteme. Sie entstehen während des Alterungsprozesses und beschleunigen den Zerfall, sei es in organischen elektronischen Geräten oder in einer biologischen Zelle, wo die Integrität der Membran oder des Genoms beeinträchtigt wird. Gleichzeitig erkennen wir allmählich den Nutzen von Radikalen in Situationen, in denen radikale Spezies und ihr Schicksal kontrolliert und funktional genutzt werden können. Die Biologie liefert faszinierende Beispiele für diese funktionale Rolle von Radikalen als Sensoren oder Signale. Am MPIP entwickeln wir neue experimentelle und simulative Werkzeuge zur Vorhersage, Erzeugung und Detektion von Radikalen und radikalen Prozessen mit dem Ziel, molekulare Systeme zu verstehen und zu entwerfen, die Radikale mit beispielloser Präzision kontrollieren, bekämpfen oder erkennen.

Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören die Erkennung und Beeinflussung von Mechanoradikalen und anderen Quellen oxidativen Stresses in der Biologie, die Verringerung der Zersetzung organischer Leuchtdioden (OLEDs) durch Radikale und die Entwicklung von Nanodiamanten mit spezifischen Gitterfehlern und Sensoreigenschaften für Anwendungen in der Biologie und Materialwissenschaft. Wir planen, die Synergien zwischen diesen unterschiedlichen molekularen Systemen zu nutzen, indem wir Konzepte austauschen und gemeinsam Technologien entwickeln. Wichtig ist, dass wir multiskalige physikalische Simulationen und Methoden des maschinellen Lernens entwickeln, um Radikalreaktionen in komplexen molekularen Systemen vorherzusagen, sowie neue Sensoren auf Basis von Nanodiamanten, die den Nachweis einzelner Radikalspezies in einer markierungsfreien Umgebung ermöglichen. Elektronenspinresonanzspektroskopie und Massenspektrometrie sind gemeinsame Einrichtungen zur Analyse von Radikalspezies und zum Nachweis von Abbauprodukten.

Diese Bemühungen stellen auch einen gemeinsamen Forschungsschwerpunkt auf dem gesamten Max-Planck-Campus dar. Das MPIC untersucht die Radikalchemie in der Atmosphäre sowie die Radikalbiochemie der Lunge, die durch Nanopartikel und andere Luftschadstoffe verursacht wird. Diese Fragestellungen können von den Simulations- und Detektionsmethoden des MPIP profitieren und stehen in engem Zusammenhang mit der am MPIP erforschten Radikalbiochemie.