Dendritisch eingeschlossene aktive Zentren: Anwendung des Isolationsprinzips der Natur in der Biomimetik und den Materialwissenschaften

Unser gestiegenes Verstandnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen einiger ausgewahlter Biomakromolekule hat – zusammen mit unseren verbesserten Fertigkeiten, Makromolekule mit einer strukturellen Genauigkeit, die der der Proteine nahekommt, herzustellen – den Horizont zu einem neuen Forschungsbereich geoffnet, der die Chemie und die Materialwissenschaften mit der Biologie verbindet. Wahrend die Natur im Laufe der Evolution kontinuierlich Prozesse wie Energietransfer oder Katalyse durch Selbstreplikations- und Reparaturfunktionen vervollkommnen konnte, hangen die Zuganglichkeit und der Nutzen synthetischer Makromolekule in erster Linie von unserem praparativen Konnen und von unserer Fahigkeit ab, Struktur und Funktion in unserem Design miteinander zu verbinden. So konnen wir Nutzen aus unserem Verstandnis der naturlichen Systeme ziehen, um strukturelle Charakteristika nachzuahmen und Funktionen zu optimieren. Um Eigenschaften zu realisieren, die im nichtorganisierten isotropen Zustand (bulk) unerreichbar waren, nutzen zahlreiche biologische Systeme das Isolationskonzept, bei dem ein aktives Zentrum oder eine katalytisch aktive Stelle innerhalb eines Proteins eingekapselt wird. Diesem Konzept folgend wurde die Fahigkeit dendritischer Hullen, funktionelle Zentren einzuschliesen und so spezifische, isolierte Nanoumgebungen zu schaffen, die die molekularen Eigenschaften des Zentrums beeinflussen, intensiv erforscht. Unter Nutzung der besonderen Eigenschaften der Dendrimerarchitektur wurden aktive Zentren mit photophysikalischen, photochemischen, elektrochemischen oder katalytischen Eigenschaften im Mittelpunkt des Dendrimers (als Dendrimerkern) platziert. Eine solche Anwendung des Isolationskonzeptes auf Probleme in der Materialforschung ist auf lange Sicht sehr viel versprechend, und bereits heute zeichnen sich erste Anwendungen u. a. beim Design verbesserter, optoelektronischer Bauelemente ab. Dieser Aufsatz konzentriert sich auf die Entwicklung dieses naturlichen Designprinzips, das wesentlich dazu beitragt, die Lucke zwischen zwei historisch so unterschiedlichen Disziplinen wie der Biologie und den Materialwissenschaften zu schliesen. Aktuelle Fortschritte sowohl in der Synthese von dendritisch eingekapselten Molekulen als auch in der Untersuchung ihrer Eigenschaften mit Hilfe einer Vielzahl von unterschiedlichen Methoden werden behandelt. Aus diesen Studien ergeben sich Erkenntnisse fur viele Anwendungen, die vom Design kunstlicher Enzyme und Katalysatoren sowie supermolekularer Lichtsammelsysteme bis hin zum Aufbau von isolierten molekularen Drahten, Leuchtdioden und Glasfaseroptiken reichen.