Messung der dreidimensionalen Wechselwirkungsdynamik

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In der Physik der weichen Materie und in der Biologie sind zahlreiche Wechselwirkungen zwischen Strukturen langreichweitig (50nm – 5µm) und unspezifisch, können aber eine kurzreichweitige und spezifische Wechselwirkung induzieren oder verhindern. Langreichweitige Wechselwirkungen zwischen Partikeln lassen sich sehr gut mittels optischer Fangpotentiale messen, da die Partikel in der Falle auf beschränktem Raum diffundieren und hierbei ihre Bewegungsfreiheitsgrade der Translation und Rotation erhalten bleiben. Dies ermöglicht eine dynamische und somit realistische Wechselwirkung, wie sie zwischen Organellen in lebenden Zellen vorkommt. Die Fluktuationen der Partikel in der Zelle sind in der Regel räumlich eingeschränkt (Zytoskelett, Membrane, etc) oder werden beeinflusst durch hydrodynamische oder entropische Effekte, wie lokale Änderungen von Reibung oder Teilchendichten.Von besonderem Interesse für das durchzuführende Projekt ist der Einfluss der genanntenphysikalischen Effekte auf die Fusion von Organellen wie Endosomen mit Phagosomen, was einen Teil des Immunabwehrprozesses in lebenden Organismen ausmacht. Durch die Verwendung einer neuartigen interferometrischen Scan- Technik, kann man mehrere Partikel gleichzeitig in ihrer Bewegung verfolgen („Tracking") - bei eine Rate von bisher 2000 Hz (zukünftig 20kHz) und einer Präzision von einigen Nanometern in allen drei Raumdimensionen. Hiermit soll an wenigen hundert Nanometer großen Partikeln untersucht werden, wie durch Variation lokaler Umgebungsparameter die langreichweitige Wechselwirkung direkt und die spezifische Wechselwirkung indirekt beeinflusst wird.