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Dynamics of Active Suspensions

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Verfolgung aktiver Partikeln

Kollektives Verhalten ist in der Natur allgegenwärtig. In ihrer natürlichen Form gibt es sie schon seit Millionen von Jahren. Dafür sind bewegliche Bakterien ein klassisches Beispiel. EU-Forschung verfolgt diese Art von Partikeln mit neuen Methoden.

Klimawandel und Umwelt

Die Bewegung der Bakterien in Suspensionen sind sogenannte aktive Kolloide und sind in natürlichen Systemen wie dem Darm entscheidend. Die neuere Forschung hat sich auf die Synthese von aktiven kolloidalen Partikeln interessiert, die einen Eigenantrieb besitzen. Das Projekt "Dynamics of active suspensions" (ACTIVEDYNAMICS) hat eine faszinierende Erforschung der Bewegung von natürlichen aktiven Partikeln (Bakterien) sowie synthetischen Partikeln abgeschlossen. Mithilfe der dynamischen Mikroskopie, die ein Mikroskop mit einer Kamera kombiniert, haben die Forscher umfangreiche dynamische Informationen über die kollektive Bewegung der suspendierten Teilchen erzeugt. Die Forscher untersuchten die Dynamik von Bakteriensuspensionen als einer Funktion der Bakterien- und Suspensionskonzentration. Als erstes verfolgten sie die Bewegung der nicht-beweglichen Bakterien in einem Bad von beweglichen Bakterien in 3D. Um die Bewegung der Bakterien in einer komplexen polymeren Umgebung wie bzw. im Darm zu untersuchen, wurde der Einfluss der hydrodynamischen Strömungsfelder, die durch die schwimmenden Bakterien geschaffen werden, berücksichtigt. Das Ergebnis war eine quantitative Beschreibung der experimentellen Daten. Die Forscher übertrugen die Methodik der schwimmenden Bakterien auf andere beweglichen lebende Organismen wie Spermien und Algen. Auf der synthischen Seite befasste sich ACTIVEDYNAMICS mit sich selbst antreibenden Partikeln wie den aktiven Janus-Partikeln. Janus-Partikeln besitzen Oberflächen mit zwei oder mehr unterschiedlichen physikalische Eigenschaften. Sie können eine kontrollierte Affinität zu menschlichen Endothelzellen etwa aufweisen. Weitergin ist eine Anwendung unter Bedingungen möglich, wo anisotrope Bedingungen durch ein Magnetfeld beeinflusst werden. Eine bemerkenswerte Eigenschaft der aktiven Kolloide ist die dynamische Selbstorganisation, wo sich einfache Bausteine zu komplexen funktionalen Architekturen organisieren. Die Anwendungen reichen von abstimmbaren, selbstheilenden Kolloidkristallen und Membranen bis hin zu selbstorganisierten Mikroschwimmern und Robotern. Für das ACTIVEDYNAMICS-Projekt gibt es ein breites Spektrum Interessenten aus der Hochschulforschung und industriellen Forschungseinrichtungen.

Schlüsselbegriffe

Teilchen, kollektives Verhalten, bewegliche Bakterien, aktives Kolloid, Darm, Eigenantrieb, Differential dynamische Mikroskopie, polymerisch, Janus Partikel, microswimmer, Roboter

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18 September 2005