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Die Landbiosphäre ist ein integraler Bestandteil des Erdsystems. Gibt es allgemeine Prinzipien, mit denen die Funktion der Biosphäre und deren Wechselwirkung mit dem Erdsystem beschrieben und vorhergesagt werden kann? Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich die Arbeitsgruppe Biosphärentheorie und Modellierung am Max-Planck-Institut für Biogeochemie unter Nutzung von Ansätzen aus Thermodynamik, statistischer Mechanik und Optimalität. Nach einer kurzen Beschreibung der Biosphäre als einem dissipativen System werden drei Beispiele aufgezeigt, die die Stärke dieser Ansätze demonstrieren.

Nanostrukturen beherrschen derzeit die Forschungs- und Entwicklungslandschaft in der Technologie, Medizin und Biologie. Am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle werden Möglichkeiten untersucht, biologische, organische und anorganische Nanostrukturen mit dünnen Filmen aus anorganischen Materialien herzustellen und so das Anwendungsspektrum in den Bereichen Medizin, Elektronik, Katalyse und Sensorik zu erweitern.

Drei Verfahren zur Mikro- und Nanostrukturierung von weichen und empfindlichen Materialien wie Polymere werden hier vorgestellt. Gegenüber konventionellen Prozessen haben sie den Vorteil, dass sie preiswert, schnell und einfach sind. Sie basieren auf grundlegenden physiko-chemischen Effekten: Polymere werden durch UV-Strahlung oder Plasmabehandlung vernetzt und durch den Einsatz von Lösungsmittel lokal angelöst und/oder zum Quellen gebracht.

Ausgehend von in der Natur katalytisch essentiellen, redoxaktiven Aminosäureresten wurden einige radikalhaltige Übergangsmetallkomplexe synthetisiert und deren katalytische Reaktivität gegenüber organischen Substraten untersucht. Die synthetisierten iminosemichinonhaltigen Verbindungen wurden als Katalysator für die Luftoxidation von Substraten wie o-Aminophenol, Aminen und Alkoholen benutzt, um die katalytischen Reaktionen von kupferhaltigen Metalloenzymen, z.B. Phenoxazinon-Synthase (PHs), Amin-Oxidasen (AO) und Galactose-Oxidase (GO), im Labor nachzuahmen. Kinetische Untersuchungen haben gezeigt, dass der „On-Off“-Mechanismus der beteiligten Radikale häufiger vorkommt als bisher angenommen, meistens ohne Redox-Beteiligung der jeweiligen Metallzentren.

Komplexe Intermetallische Phasen sind Verbindungen mit Merkmalen, die sie von einfachen Metallen unterscheiden. Große Elementarzellen mit teilweise mehr als tausend Atomen, ein hierarchisch strukturierter Aufbau und inhärente Fehlordnung sind wesentliche Charakteristika. Verursacht wird all dies durch eine Cluster-Substruktur, die sowohl Nahordnung, Fernordnung als auch das physikalische Verhalten prägt.