Kolloide unter Kontrolle

  • 19. October 2015

Neue Emmy-Noether-Gruppe soll Dynamik und Selbstanordnung kolloidaler Teilchen untersuchen.

Die neue Mainzer Emmy-Noether-Gruppe um Arash Nikoubashman zielt darauf, den Transport und die kontrollierte Anordnung kolloidaler Teilchen grundlegend zu verstehen. Kolloide im Fluss, also winzige Teilchen in einer Flüssigkeit suspendiert, sind allgegenwärtig in Natur und Technik, seien es beispielsweise Proteine und Enzyme in biologischen Systemen oder Tenside in der Prozesskette der Erdöl­gewinnung. Die Selbstanordnung dieser Teilchen in regelmäßige Gruppen lässt sich vielversprechend nutzen, um Materialien mit nanoskopischen Merkmalen herzustellen. Derartige Stoffe verwendet man beispielsweise als Katalysatoren und optische Bauelemente.

Abb.: Simulationsschnappschuss von einem Kolloid-Polymer-Gemisch unter Fluss: Die Kolloide haben sich in das Zentrum des Kanals abgesetzt. (Bild: A. Nikoubashman)

Abb.: Simulationsschnappschuss von einem Kolloid-Polymer-Gemisch unter Fluss: Die Kolloide haben sich in das Zentrum des Kanals abgesetzt. (Bild: A. Nikoubashman)

Spontan geformte Strukturen weisen allerdings meist zahlreiche defekte Stellen auf – ein Problem für viele Anwendungen. Das Forschungs­vorhaben der Emmy-Noether-Gruppe „Kontrollierter Transport und Anordnung von weicher Materie“ ist es, die beiden Themen­gebiete der Mikrofluidik komplexer Flüssigkeiten, dem Fließverhalten auf engstem Raum, und der Selbstanordnung weicher Materie zusammenzuführen und damit neu zu verstehen sowie zu nutzen. Dieser Ansatz erlaubt eine weitaus präzisere Kontrolle über die Größe und Form der entstehenden Strukturen bei einem minimalen Zusatzaufwand.

Das Forschungsprojekt leistet einen wichtigen Beitrag zu unserem grundlegenden Verständnis der Nichtgleichgewichts-Dynamik in weicher Materie und spielt eine zentrale Rolle bei der zukünftigen Entwicklung von Geräten für die effektive Manipulation und Fabrikation kolloidaler Teilchen. Die Fähigkeit, Kolloide aufgrund ihrer Größe und Verformbarkeit voneinander zu trennen, ist beispielsweise von immenser Bedeutung in der Bio­technologie, da diese Eigenschaften häufig zur Indikation von Krankheiten wie Anämie oder Krebs herangezogen werden können. Weiterhin kann Mikrofluidik in der Wasser­reinigung eingesetzt werden, um nano- und mikrometergroße Schmutzstoffe zu filtern.

Die Arbeit der Forschungsgruppe um Arash Nikoubashman basiert auf einer Verflechtung aus statistischer Physik und modernsten Techniken der Computer­simulation. Das Projekt selbst ist theoriebasiert, wird allerdings in enger Zusammenarbeit mit Experimentatoren durchgeführt, um die neu entwickelten Theorien zu verifizieren und die Entwicklung innovativer Geräte und Materialien zu unterstützen.

U. Mainz / DE

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