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Die Synthese chemisch markierter RNA ist häufig Voraussetzung für biophysikalische Untersuchungen von RNA und RNA-Protein-Interaktionen. Die Festphasensynthese ermöglicht den positionsspezifischen Einbau modifizierter Nukleotide in relativ kurze RNAs. Längere modifizierte RNAs sind durch kombinierte chemische und enzymatische Verfahren zugänglich. DNA-Enzyme sind katalytisch aktive DNAs, die durch In-vitro-Selektion aus Zufallsbibliotheken isoliert werden. DNA-Enzyme können für die Ligation von RNA-Fragmenten eingesetzt werden und werden für die direkte Modifikation von RNA entwickelt.

Chemische Umwandlungen der Materie sind häufig in komplizierter Weise aus Elementarreaktionen zusammengesetzt. Diese können im Labor isoliert und in ihrem zeitlichen Ablauf, ihrer Kinetik und Dynamik charakterisiert werden. Datenbanken der Resultate für Tausende von Elementarreaktionen sind die Basis für die Modellierung komplexer natürlicher Systeme bzw. für die Optimierung technischer Prozesse. Als Beispiele werden die Reaktion von Wasserstoffatomen mit molekularem Sauerstoff, der Zerfall von Molekülionen sowie die Reaktionen von Elektronen mit Schwefelhexafluorid in der Gasphase betrachtet.

Mit Methoden der molekularen Quantenoptik kann man ausloten, inwieweit sich elementare quantenmechanische Phänomene mit komplexen Objekten und auf großen Skalen realisieren lassen. Die betrachteten Phänomene reichen von der räumlichen Delokalisierung von Molekülkomplexen aus über einhundert Atomen bis zum Nachweis quantenmechanischer Verschränkung bezüglich makroskopisch unterscheidbarer Eigenschaften.

Um die Effizienz von Medikamenten zu steigern, könnten zukünftig Trägerpartikel pharmazeutische Wirkstoffe zielgenau an kranke Zellen im Organismus liefern. Für ein besseres Verständnis dieser Targetingprozesse sind modellgestützte Simulationsstudien von großem Nutzen. Die Modellierung der biokolloidalen Systeme fußt auf theoretischen Grundlagen der Partikeltechnik. Ergebnis: Trotz signifikanter Streuung der experimentellen Daten wurden zentrale Einflussgrößen identifiziert. Es zeigt sich, dass Targetingprozesse wegen geringer Rezeptorkonzentration auf den Zielzellen ratenlimitiert verlaufen.

Es wird ein Konzept vorgestellt, mit dem sich funktionale Nanosysteme durch Selbst-Assemblierung "weicher" Materie realisieren lassen sollten. Die Wahl weicher Materie ist naheliegend, weil die Natur bei der Entstehung des Lebens diese Stoffklasse erfolgreich gewählt hat. Anhand einiger Beispiele wird demonstriert, dass sich in Gel-Emulsionen mit definierter Tröpfchengröße, die sich in vorgegebenen Kanalgeometrien in definierter Weise anordnen, durchaus komplexe Abläufe implementieren lassen.