GRK 3142:  Die Entstehung biologischer Materialien

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin ; Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547089869

Organismen stellen eine erstaunliche Vielfalt an vielseitigen Materialien her, indem sie die hierarchische Organisation einer begrenzten Anzahl von Bausteinen kontrollieren. Dies gelingt ihnen in wässriger Umgebung bei Umgebungsdruck und -temperatur, so dass sie als Vorbild für die nachhaltige Entwicklung und Verarbeitung bioinspirierter Materialien dienen können. Bislang sind die Bildungsmechanismen derartiger Materialien wenig erforscht. Das Hauptziel des Graduiertenkollegs "Die Entstehung biologischer Materialien" besteht daher darin, eine neue Generation von Forschern auszubilden, die die Bildungsmechanismen funktioneller biologischer Materialien in Organismen hinsichtlich des Bildungsortes und der zeitlichen Abläufe entschlüsseln. Diese neue Art von „Materialbiologen“ wird mit einem Instrumentarium ausgestattet sein, das es ihnen erlaubt, werkstoffrelevante Fragen zu beantworten, mit Materialwissenschaftlern und -ingenieuren zusammenzuarbeiten und die Bio- und Materialwissenschaften auf innovative Weise in einer nachhaltigen, biologischen Werkstofftechnik zu vereinen. Darüber hinaus werden gut ausgebildete Materialbiologen von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung technologischer Anwendungen sein, z.B. in Bereichen wie der Entwicklung von sog. "lebenden Materialien", implantierbaren Scaffolds, in vitro Kultivierung von Geweben und der Bioelektronik. Wir werden folgende drei Hauptklassen biologischer Materialien übergreifend untersuchen: Biomineralien, Polysaccharide und Proteine. Wichtig ist, dass unsere Untersuchungen die Grenzen zwischen diesen Klassen überschreiten und sich mit der Bildung von Materialien auf verschiedenen Längenskalen befassen werden - von subzellulären Kompartimenten bis hin zur Gewebeebene. Unser fünfzehnköpfiges Team besteht aus Biologen, Chemikern, Physikern, Materialwissenschaftlern und Mathematikern, die zusammenarbeiten, um ein interdisziplinäres Ausbildungsprogramm zu ermöglichen. In diesem wird die Bildung biologischer Materialien anhand einer phylogenetisch vielfältigen Gruppe von Organismen studiert, um die Bedeutung biologischer Synthese- und Morphogenesewege für Materialeigenschaften aufzudecken. Diese Wege schließen Prozesse wie die Flüssigkeits-Phasentrennung, Kristallisation, Kompartimentierung, mechanische Rückkopplung, und gerichtete zelluläre Ströme ein. Unser Ansatz erfordert ein breites Fachwissen, das von der Physik der weichen Materie bis zur Zellbiologie reicht. Das Graduiertenkolleg nähert sich der Thematik, indem es eine Reihe biologischer Systeme untersucht, um sowohl gemeinsame als auch einzigartige Lösungen für die in der Natur vorkommenden Anforderungen an biologische Materialien zu verstehen. Die gewonnenen Einblicke in die natürlichen Biosynthese- und Verarbeitungsprozesse werden letztlich die Entwicklung bioinspirierter nachhaltiger Materialverarbeitungstechniken fördern.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dresden
• Sprecherin: Professorin Yael Politi, Ph.D.
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Simon Alberti; Luca Bertinetti, Ph.D.; Professor Dr. Henrik Bringmann; Professor Dr. Christian Dahmann; Professorin Dr. Elisabeth Fischer-Friedrich; Professor Dr. Benjamin M. Friedrich; Professorin Dr. Franziska Knopf; Professor Dr. Nils Kröger; Rita Mateus, Ph.D.; Nicole Poulsen, Ph.D.; Dr. James Saenz; Professor Dr. Michael Schroeder; Professor Dr. Axel Voigt; Dr. Igor Zlotnikov