Umformung weicher kolloidaler Gele mithilfe synthetischer aktiver Partikel

• Antragsteller: Alexander Petrunin
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576130641

Selbstangetriebene Partikel ahmen das Verhalten beweglicher Bakterien nach und zeigen - im deutlichen Gegensatz zu Systemen im thermodynamischen Gleichgewicht - komplexe Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung. Das Verständnis dieser Kopplung ist entscheidend, um die Dynamik von Bakterien in ihrer natürlichen, typischerweise weichen Umgebung (z. B. Boden oder menschlicher Körper) zu beschreiben und medizinische Mikroroboter oder selbstheilende dynamische Materialien zu entwickeln. In diesem Projekt schlagen wir vor, die Kopplung zwischen der Schwimmbewegung katalytisch aktiver Mikropartikel und kolloidaler Gele mit einstellbarer Weichheit zu untersuchen. Wir werden kolloidale Gele sowohl in zwei als auch in drei Dimensionen unter Verwendung gequollener Polymerpartikel unterschiedlicher Weichheit herstellen, diese Gele mit aktiven Kolloiden dotieren und die selbstangetriebene Bewegung der aktiven Kolloide verfolgen. Gleichzeitig werden wir die Änderungen der Viskoelastizität und der Mikrostruktur der Gele infolge dieser Bewegung aufzeichnen. Wir erwarten, dass in "harten" Gelen die aktiven Kolloide im verfügbaren freien Volumen schwimmen und sich häufiger umorientieren, während sich die Mikrostruktur des Gels nicht wesentlich verändert. In "weichen" Gelen hingegen werden die aktiven Kolloide stärkere Geschwindigkeitsfluktuationen erfahren, da sie das Netzwerk aufbrechen und umformen; die Mikrostruktur und die Viskoelastizität der Gele werden stark beeinflusst, was zu schwächeren Strukturen führt. Wir werden die grundlegenden Unterschiede zwischen zwei- und dreidimensionalen Gelen hervorheben, die sich aus den unterschiedlichen Freiheitsgraden und dem Einfluss der Schwerkraft ergeben.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle