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21.02.2018, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 589. Sitzung

Prof. Dr. Jens Niemeyer, Göttingen: Vortrag 1 -- Wie leicht darf die dunkle Materie sein? ; Dr. Alexander J. C. Kühne, Aachen: Vortrag 2 -- Konjugierte Polymerpartikel und ihre photonischen und biomedizinischen Anwendungen

Vortrag 1: Wie leicht darf die dunkle Materie sein?

Prof. Dr. Jens Niemeyer, Göttingen

Bis auf wenige Prozent normaler Materie besteht das Universum aus unbekannten Energie- und Materieformen, der sogenannten „dunklen Energie“ und „dunklen Materie“. Ihre Eigenschaften lassen sich bislang nur durch ihren Einfluss auf die Ausdehnung des Universums und die Struktur von Galaxien untersuchen. Es ist möglich, dass sich dunkle Materie aus Elementarteilchen zusammensetzt, die aufgrund ihrer schwachen Wechselwirkung mit normaler Materie für Teilchendetektoren und Beschleunigerexperimente unsichtbar erscheinen. Große Computersimulationen sind notwendig, um die Entstehung großskaliger Strukturen im Universum durch den Gravitationskollaps kleiner Dichtestörungen der dunklen Materie zu verfolgen. Dabei lag der Schwerpunkt bisher auf der Annahme, die dunkle Materie bestünde aus Teilchen mit einer Masse oberhalb derjenigen der bekannten Elementarteilchen. Erstaunlicherweise zeigen die Beobachtungen jedoch im Falle bosonischer dunkler Materie Teilchenmassen, die viele Größenordnungen kleiner sind als die der leichtesten bekannten Elementarteilchen, der Neutrinos. Am unteren Ende der erlaubten Massenskala sagen aktuelle Simulationen neue Phänomene voraus, die Ähnlichkeiten mit den Eigenschaften suprafluider Flüssigkeiten besitzen. Die Herausforderung der kommenden Jahre wird sein, diese Phänomene in Galaxienbeobachtungen nachzuweisen oder durch ihre Abwesenheit neue Grenzen zu finden, wie leicht die dunkle Materie sein darf.


Prof. Dr. Jens Niemeyer studierte Physik an der Technischen Universität München. Für seine Diplom- und Doktorarbeit arbeitete er am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München und der University of California, Santa Cruz, an Forschungen zum Explosionsmechanismus von thermonuklearen Supernovae und promovierte 1995 an der TU München. Unterbrochen von einem Aufenthalt als Enrico-Fermi Fellow (1997–1999) und Otto-Hahn-Stipendiat (1999–2000) an der University of Chicago war er bis 2002 wissenschaftlicher Angestellter am Max-Planck-Institut für Astrophysik. Von 2002 bis 2009 war er Professor für Astronomie an der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität in Würzburg und wurde 2009 auf eine Professur für Astrophysikalische Kosmologie an der Universität Göttingen berufen. Er lehrt Astrophysik und theoretische Physik. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen theoretische und rechnergestützte Astrophysik und Kosmologie.


Vortrag 2: Konjugierte Polymerpartikel und ihre photonischen und biomedizinischen Anwendungen

Dr. Alexander J. C. Kühne, Aachen

In meinem Vortrag werde ich Herstellungsmethoden für Partikel vorstellen, die vollständig aus halbleitenden Polymeren bestehen und eine präzise und einheitliche Größe besitzen.1–4 Diese Partikel werden durch eine einfache One-Pot Synthese in einem ungefährlichen Lösungsmittel hergestellt. Je nach ihrer molekularen Architektur fluoreszieren die Partikel in verschiedenen Farben. Die erhaltenen Partikel können zum einen in einem Selbst-Anordnungsverfahren zu sogenannten kolloidalen Kristallen zusammengefügt werden. Besitzen die Partikel Durchmesser im Bereich des sichtbaren Lichtes, so kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Licht und den 3-dimensional geordneten Partikelstrukturen. Die kolloidalen Kristalle bilden optische Bandlücken aus und werden so zu photonischen Kristallen. Wenn die optische Bandlücke auf das Fluoreszenzspektrum abgestimmt ist, kann der photonische Kristall als Resonator für die Fluoreszenz wirken und die Polymerhalbleiterpartikel können als selbst-assemblierende und druckbare organische Laser genutzt werden.4,5 Zum anderen sind halbleitende Polymere, im Gegensatz zu anorganischen Quantenpunkten, nicht zytotoxisch und stellen ein ideales Materialsystem für biomedizinische Anwendungen dar. Jedoch leiden fluoreszierende Polymerpartikel heute noch unter mangelnder Funktionalität und ihrer Größe, die eine Ausscheidung aus dem Organismus über die Niere verhindert. Dies würde bei Anwendung zu Akkumulation der Partikel im Körper führen, was die Anwendung konjugierter Polymerpartikel in klinischen Anwendungen bis heute verhindert. Halbleitende Polymerpartikel, die über eine Sonogashira-Kupplung hergestellt werden, tragen Dreifachbindungen, über die durch Thiol-En-Click-Chemie molekulare, biologische Erkennungsmotive angebunden werden können.3 Darüber hinaus können wir biodegradierbare Einheiten als „Sollbruchstellen“ einbauen, die eine vollständige Konjugation und exzellente Fluoreszenzeigenschaften im roten und Nah-Infraroten Bereich erlauben. Werden die Partikel von Makrophagen aufgenommen, können die Partikel zu wasserlöslichen Einheiten abgebaut werden. Diese Eigenschaften erlauben zukünftig den Einsatz für Tumortherapie, nicht-invasiver Diagnose und effektiverer konservativer Therapie.

 

 Referenzen:

  1. A. J. C. Kuehne, M. C. Gather and J. Sprakel, Nature Commun. 2012, 3, 1088.

  2. S. Ciftci and A. J. C. Kuehne, Macromolecules 2015, 48, 8389.

  3. N. Anwar, A. Rix, W. Lederle and A. J. C. Kuehne, Chem. Commun. 2015, 51, 9358.

  4. S. Ciftci, A. Mikosch, B. Haehnle, Ł. Witczak and

      A. J. C. Kuehne, Chem. Commun. 2016, 52, 14222. 

 

  5. A. Mikosch, S. Ciftci and A. J. C. Kuehne, ACS Nano 2016, 10, 10195.

  6. T. Repenko, W. Lederle, A. J. C. Kuehne, Nature Commun. 2017, 8, 470.

Dr. Alexander J. C. Kühne, geboren 1981, hat Chemie an der Universität zu Köln und der University of Strathclyde in Glasgow, UK studiert. Seine binational betreute Doktorarbeit (European PhD) fertigte er unter der Leitung von Prof. Pethrick und Prof. Tieke an und wurde im Jahr 2008 an der University of Strathclyde promoviert. Nach zwei Postdoc-Aufent- halten in den Gruppen von Prof. Meerholz an der Universität zu Köln und Prof. Weitz in Harvard, USA, arbeitet Alexander Kühne nun am DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien in Aachen mit dem Ziel der Habilitation (Mentor Prof. Möller) im Feld der Kolloidalen und Makromolekularen Chemie. Alexander Kühne ist seit 2015 Mitglied des Jungen Kollegs der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften und der Künste.