Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem

• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563667739

Schnell ablaufende Prozesse sind in den Strömungen komplexer Fluide, der Kontaktmechanik weicher Materie sowie lebenden biologischen Zellen allgegenwärtig. Häufig treten Sie im Zusammenhang mit Singularitäten auf, was ihnen einen selbstähnlichen Charakter verleiht, der durch ein Skalierungsgesetz in Raum und Zeit beschrieben wird. Die dabei auftretenden kleinen Zeit- und Längenskalen erschweren die experimentelle Erfassung solcher Prozesse, da ihre Beobachtung bei zugleich hoher Orts- und Zeitauflösung erfolgen muss. Mit Hilfe des hier beantragten Gerätes sollen schnelle Prozesse in weicher und lebender Materie bzw. Strömungen in komplexen Fluiden erforscht werden. Die geplanten Experimente lassen sich anhand zweier Beispiele konkretisieren: (i) In Tropfen volatiler, mehrphasiger Flüssigkeiten entstehen verdunstungsbedingte Konzentrationsgradienten. Diese erzeugen Strömungen, die in einer Singularität am Tropfenrand divergieren. Diese Konvektion beeinflusst maßgeblich das Benetzungsverhalten komplexer Flüssigkeiten, was z. B. in der Fertigungstechnologie von Halbleiterbauelementen eine entscheidende Rolle spielt. (ii) An den Rändern adhärenter Kontakte weicher Materialien bildet sich eine Stresssingularität aus, die in ihrem Charakter der Riss-Singularität ähnelt. Auf mikroskopischer Skala wird diese Singularität, wie kürzlich entdeckt wurde, durch Kapillarkräfte regularisiert. Die damit einhergehenden Konsequenzen für die Dynamik solcher Ränder beim Lösen adhärenter Kontakte sind bislang nicht verstanden. Um solche Prozesse in verschiedenen Systemen experimentell zu erforschen, wird ein Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem, bestehend aus einem invertierten, motorisierten Fluoreszenzmikroskop und einer Hochgeschwindigkeitskamera, beantragt. Das invertierte Mikroskop ist mit verschiedenen Beobachtungsmodi (Hellfeld & Fluoreszenz) ausgestattet und weitgehend motorisiert, um räumlich wandernde Prozesse verfolgen zu können. Die Hochgeschwindigkeitskamera ist mit einem globalen Shutter, hoher Sensitivität und hoher Auflösung so gewählt, dass schnell ablaufende Prozesse mit hoher Raum-Zeit-Auflösung erfasst werden können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochgeschwindigkeits-Mikroskopiesystem
• Gerätegruppe: 5090 Spezialmikroskope
• Antragstellende Institution: Universität Konstanz
• Leiter: Professor Dr. Stefan Karpitschka