Simulationen zur Hydrationslubrikation zwischen Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Netz
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269080843

Hydrationslubrikation beschreibt ein sowohl für biologische als auch für technische Anwendungen wichtiges Phänomen, bei dem der Reibungskoeffizient zwischen polaren Oberflächen in wässriger Umgebung extrem niedrig ist. Die Ursache der Hydrationslubrikation liegt in den stark gebundenen Hydrationsschichten, die sich um lokale Oberflächenladungen bilden und zu außergewöhnlichen Lubrikationseigenschaften und einer großen mechanischen Belastungsfähigkeit führen. Ein theoretisches Fundament, dass die im letzten Jahrzehnt gemachten experimentellen Entdeckungen in diesem Gebiet erklären würde, gibt es derzeit noch nicht. Wir planen Untersuchungen der Hydrationslubrikation im Rahmen von atomistischen Simulationen, die insbesondere die zugrundeliegenden Mechanismen beleuchten soll. Hierzu beabsichtigen wir, Simulationen im Nichtgleichgewicht und im Gleichgewicht mit einer von uns entwickelten Technik zu kombinieren, die es ermöglicht das vorgeschriebene chemische Wasser-Potential konstant zu halten. Im ersten Teil werden wir einfache planare Oberflächen mit variabler Polarität und Steifigkeit studieren und die Grundprinzipen der resultierenden Reibungskräfte untersuchen. Im Anschluss sollen experimentell relevante Phospholipid-Membranen in der flüssigen sowie in der gel-artigen Phase betrachtet werden. Es sollen zudem die mikroskopischen Mechanismen der Reibungsphänomene erforscht werden, hierzu sollen verschiedene Wasser-Ordnungsparameter, Membranstrukturparameter und auch die Dynamik von Wasserstoffbrückenbindungen bestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen