Structure and Dynamics of Soft Matter at Interfaces: Instabilities of Complex Liquids and Cell Adhesion

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Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll der Einfluss von Grenzflächen auf die Struktur und Dynamik komplexer Flüssigkeiten untersucht werden: Für die Fluidik dünner Polymerfilme spielen Grenz- bzw. Oberflächen eine entscheidende Rolle. Die molekulare Struktur der Polymere an der fest/flüssig Grenzfläche, determiniert durch die Dichte und Topologie von Verschlaufungen der Polymerketten, und die Eigenschaften der Substratoberfläche sind hierbei direkt mit dem hydrodynamischen Rutschen der Flüssigkeit verknüpft. Glatte hydrophobe Oberflächen erlauben es diese Zusammenhänge für verschiedene Kettenlängen der Polymere systematisch zu erarbeiten. Wird die Dicke des Polymerfilms auf die typische molekulare Größe einzelner Polymerketten reduziert, kann der Einfluss der räumlichen Einschränkung auf die Topologie der Polymerketten studiert werden. Des Weiteren soll der Einfluss der hydrodynamischen Randbedingung an der fest/flüssig Grenzfläche auf die Morphologie und Dynamik der Rayleigh-Plateau Instabilität komplexer Flüssigkeitsgeometrien, wie z.B. Ringen und Zylindern, untersucht werden. Beide Modellsysteme, Polymere in zweidimensionalen dünnen Filmen und komplexeren Geometrien, ermöglichen grundlegende Einblicke in die strukturellen und dynamischen Eigenschaften weicher Materie an Grenzflächen. Innerhalb des zweiten Schwerpunkts sollen diese auf biologische Systeme erweitert werden, deren Eigenschaften an Grenzflächen ebenfalls von Makromolekülen bestimmt werden: Im Mittelpunkt steht hierbei die Untersuchung der Adhäsion lebender Zellen auf unterschiedlichen Oberflächen mittels einer innovativen experimentellen Technik, die auf der Detektion der Auslenkung einer Mikropipette basiert. Damit ist es möglich, sowohl die Adhäsion als auch laterale Reibungskräfte unterschiedlicher Zellen auf der Nanonewton-Skala zu quantifizieren. Die Resultate bergen in ihrer medizinischen Anwendung das Potential, das Design von Implantatmaterialien maßgeblich zu beeinflussen.