Untersuchung molekularer Selbstorganisation durch elektrostatische Wechselwirkungen mittels Elektronen-Spin-Resonanz (ESR)-Spektroskopie

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Die Selbstanordnung von Molekülen in Lösung und die Bildung supramolekularer Strukturen durch nicht-kovalente Wechselwirkungen ist in den letzten zwei Jahrzehnten zu einem zentralen Thema in der Chemie und in der Physik der kondensierten Materie geworden. Während die Untersuchung und Nutzung von z. B. Wasserstoffbrückenbindungen sehr weit fortgeschritten ist, sind Systeme, die durch elektrostatische (ionische) Kräfte bestimmt werden, häufig komplexer in der Beschreibung und Untersuchung und werden daher auch seltener zum Aufbau supramolekularer Strukturen genutzt.Im Rahmen dieses Vorhabens sollen Systeme steigender Komplexität - von kleinen anorganischen Ionen in Wasser über formstabile organische Ionen bis hin zu synthetischen und biologischen (z. B. DNA) Polyelektrolyten - mit Mitteln der Elektronen-Spin-Resonanz (ESR)-Spektroskopie untersucht werden. Die ESR-Spektroskopie ermöglicht mit einer großen Vielfalt an Methoden die Untersuchung der Struktur komplexer, ungeordneter Systeme in einem lokalen Bereich von ca. 0.5 bis 8 Nanometern und deren Dynamik im Bereich von Piko- bis zu Mikrosekunden. Neben den Grundlagen der Strukturbildung durch elektrostatische Wechselwirkungen (durch kleinere ionische Systeme) sollen so auch die interessanten makroskopischen Materialeigenschaften von Polyelektrolyten in Lösung auf die molekulare Selbstanordnung von geladenen Polymeren und kleinen Ionen zurückgeführt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen außerdem genutzt werden, um Delivery-Systeme für biologische Polyelektrolyte zu entwickeln und zu untersuchen.