In diesem breiten Feld hat sich die Universität mit einem fokussierten Profil an den Schnittstellen zwischen Physik, Chemie, Biologie und Bioinformatik national und international deutlich sichtbar positioniert. Die aktuellen Forschungsschwerpunkte reichen von Nanoschichten, Einzelmolekülprozessen und chemischen Reaktionen über bakterielle, pflanzliche und tierische Zellen sowie Populationen von Organismen bis hin zu Kosmologie und Teilchenphysik. Dieser Schwerpunkt ist von einem hohen Maß an interdisziplinärer Zusammenarbeit gekennzeichnet, vor allem am Centre for Biotechnology (CeBiTec) und dem Bielefeld Institute of Nanoscience (BINAS). Grundlagenforschung auf Spitzenniveau wird beispielsweise im Transregio-Sonderforschungsbereich „Strong-Interaction Matter under Extreme Conditions“, im Deutschen Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur (de.NBI) sowie im Internationalen LOFAR Teleskop (ILT)-Konsortium betrieben. Darüber hinaus umfasst dieser Profilschwerpunkt hochkarätige Industriekooperationen, z.B. mit den Unternehmen E.ON, Evonik Industries, ZEISS und Siemens.
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