Rheologie und Dynamik aktiver Biopolymernetzwerke

• Applicants: Professor Dr. Albrecht Ott; Professor Dr. Walter Josef Zimmermann
• Subject Area: Statistical Physics, Nonlinear Dynamics, Complex Systems, Soft and Fluid Matter, Biological Physics
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 13389852

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Im Projekt wurde die neue Materialklasse „aktives Gel" untersucht. Das untersuchte aktive Gel wird durch F-Aktin-Filamente, ein in den Zellen weit verbreitetes Biopolymer, sowie durch langlebige Vernetzer-Proteine und kurzlebige, durch aktive Motor-Komplexe erzeugte Vernetzungspunkte aufgebaut. Letztere induzieren den Transport der Filamente sowie die nichtlinearen dynamischen und elastischen Eigenschaften des Gels. Die dynamischen Eigenschaften dieses Materials wurden mit dynamischen Lichtstreumessungen untersucht. Gleichzeitig wurde ein eindimensionales Modell für dieses Filamentsystem mit zwei Klassen von Vernetzungspunkten entwickelt. Durch die Analyse des Modells wurden neue Bifurkationen sowie ein neuartiges Wechselspiel dieser Bifurkationen mit den mechanischen Eigenschaften des Systems vorhergesagt. Die damit verbundenen, neuartigen mechanosensitiven Phänomene sind Gegenstand weiterführender Untersuchungen.

Publications

• A Master Relation Defines the Nonlinear Viscoelasticity of Single Fibroblasts, Biophys. J. 90, 3796 (2006)
  P. Fernández, P. A. Pullarkat, A. Ott
  
• Nonlinear competition between asters and stripes in filament-motor systems, Eur. Phys. J. E 18, 41 (2006)
  F. Ziebert, W. Zimmermann
  
• On cytoskeletal patterns and intrinsic disorder effects, Nonlinear Phenomena in Complex Systems 9, 198 (2006)
  F. Ziebert, M. Hammele, W. Zimmermann
  
• On the effects of disorder on a stationary bifurcation, Physica D 218, 139 (2006)
  M. Hammele, W. Zimmermann
  
• Molecular motor-induced instabilities and crosslinkers determine biopolymer organization, Biophys. J. 93, 4445 (2007)
  D. Smith, F. Ziebert, D. Humphrey, C. Duggan, M. Steinbeck, W. Zimmermann, J. Käs
  
• On hexagonal, square and stripe patterns of the ion channel density in biomembranes, Phys. Rev. E 75, 016202 (2007)
  M. Hilt, W. Zimmermann
  
• Rheological properties of the Eukaryotic cell cytoskeleton, Phys. Rep. 449, 29 (2007)
  P. A. Pullarkat, P. Fernández, A. Ott
  
• Shape oscillations of non-adhering fibroblast cells, Phys. Bio. 4, 268 (2007)
  G. Salbreux, J. F. Joanny, J. Prost, P. Pullarkat
  
• Shear rheology of a cell monolayer, New. J. Phys. 9, 419 (2007)
  P. Fernández, L. Heyman, A. Ott, N. Aksel, P. A. Pullarkat