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SPP 1726: Mikroschwimmer - Von Einzelpartikelbewegung zu kollektivem Verhalten
Fachliche Zuordnung
Physik
Biologie
Chemie
Geowissenschaften
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Medizin
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
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Medizin
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2024
Webseite
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Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237143019
Locomotion and transport of microorganisms in fluids is an essential aspect of life. Search for food, orientation toward light, spreading of progeny, and the formation of colonies require locomotion. Microorganisms, such as bacteria, algae and sperm, exploit flagella for propulsion. Swimming at the microscale occurs at low Reynolds numbers, where fluid friction and viscosity dominates inertia. This requires swimming strategies different from those of the macroscopic world. During evolution propulsion mechanisms developed that overcome or even exploit drag. Understanding these propulsion mechanisms opens an avenue for the control of biological systems and the design of artificial nanomachines, with a major impact on various research areas ranging from life science and material science to environmental science. For artificial microswimmers, alternative concepts to convert chemical energy or heat into directed motion can be employed, which are potentially more efficient.The dynamics of microswimmers shows many facets, which are all required to achieve locomotion. At the level of an individual swimmer, the propulsion mechanism needs to be unraveled. Thereby, the question on the energy supplied for persistent motion has to be addressed. The response to external stimuli by chemical signals, light, gravitational fields, and flow fields, represents another important area. A major challenge is the understanding and control of emergent collective behaviour of microswimmers. Here, the mechanisms underlying the formation of large-scale patterns, such as networks and swarms of microswimmer, needs to be addressed.The aim of the Priority Programme is to coherently combine the research activities on microswimmers in biology, biophysics, theoretical and experimental soft matter physics, and simulation sciences. Advanced experimental techniques, new nanotechnological tools, soft-matter chemistry and physics, and novel simulation approaches, promise deeper insights into the underlying physical and biochemical processes, and provide the tools to design and construct new artificial microswimmers. Accordingly, the major focus of the Priority Programme is:- understanding of biological microswimmers,- design and understanding of artificial microswimmers,- cooperative behaviour and swarming of ensembles of microswimmers.Several related systems exist, in which similar mechanisms are essential and similar types of structures are involved. On the mesoscale, these are mixtures of biological filaments and motor proteins, and vibrated granular systems; on the macroscale, swarms of birds and schools of fish emerge. Because the focus of the Priority Programme is on physical interactions between active particles, like excluded-volume and hydrodynamic interactions, we envisage beneficial synergies between related mesoscale systems. However, macroscale biological swarms are governed by other mechanisms, and are therefore outside of the focus of this Priority Programme.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Belgien, Großbritannien, Niederlande, USA
Projekte
- Aktive Teilchen in viskoelastischen Flüssigkeiten (Antragsteller Bechinger, Clemens )
- Analyse der Regulation des Flagellenschlags mit Hilfe der Optogenetik (Antragstellerin Wachten, Dagmar )
- Antrieb und Wechselwirkung heißer Brownscher Schwimmer (Antragsteller Cichos, Frank ; Kroy, Klaus )
- Bewegungsvermögen gekoppelter Schwimmer (Antragsteller Mertig, Michael )
- Biologische Mikroschwimmer: von der zellulären Signalverarbeitung zum 3D Schlagmuster und zum 3D Schwimmverhalten. (Antragsteller Kaupp, Ulrich Benjamin )
- Chemische Nanomotoren (Antragsteller Börsch, Michael ; Fischer, Peer )
- Deformierbare Mikrokapseln und Tropfen als Schwimmer (Antragsteller Kierfeld, Jan )
- Durch chemische Reaktionen angetriebene aufrahmende, tauchende und schwimmende Mikrokapseln. (Antragsteller Rehage, Heinz )
- Dynamische Aggregation selbstgetriebener kolloidaler Teilchen (Antragsteller Speck, Thomas ; Virnau, Peter )
- Einzelbewegung und Kollektives Verhalten durch Marangonifluss selbstangetriebener Emulsionstropfen (Antragsteller Seemann, Ralf )
- Experimentelle Untersuchungen der metachronalen Synchronisation in 2D Zilienanordnungen (Antragsteller Brücker, Christoph ; Schnakenberg, Uwe )
- Flagellen- und Zilien-getriebene Mikroschwimmer (Antragsteller Elgeti, Jens ; Gompper, Gerhard )
- Fortbewegungsverhalten eines Spermium-angetriebenen Mikro-Bio-Systems: Von den Grundlagen zur biomedizinischen Anwendung (Antragsteller Schmidt, Oliver G. )
- Kollektive nichtlineare Dynamik von Zilien und Geißeln: von n=2 zu n>>2 wechselwirkenden Zilien (Antragsteller Friedrich, Benjamin M. )
- Kooperative Eigenschaften von thermophoretischen Mikroschwimmern (Antragstellerin Ripoll, Marisol )
- Kooperatives Verhalten von Mikroschwimmern: Der Einfluss ionischer und reaktiver Abschirmung auf die hydrodynamischen Wechselwirkungen in komplexen Fluiden (Antragsteller Holm, Christian )
- Koordinationsfonds (Antragsteller Gompper, Gerhard )
- Künstliche Mikroschwimmer auf der Basis von Flüssigkristalltröpfchen (Antragstellerinnen / Antragsteller Bahr, Christian ; Maaß, Corinna )
- Licht getriebene Mikroskopische Hydrogel Objekte (Antragsteller Mourran, Ahmed ; Möller, Martin )
- Lichtinduzierte Diffusioosmose: von der Manipulation über Eigenantrieb zu kollektivem Verhalten von Mikrokolloiden an flüssigfest Grenzflächen (Antragstellerinnen Santer, Svetlana ; Vinogradova, Olga )
- Magneto-Aerotaxis bei magnetotaktischen Bakterien (Antragsteller Faivre, Damien ; Klumpp, Stefan )
- Magnetokapillare Mikroroboter zum Einfangen und zum Transport von Objekten an Flüssiggrenzflächen (Antragsteller Harting, Jens )
- Mikroskopische statistisch-theoretische Beschreibung des kollektiven Verhaltens von Mikroschwimmern. (Antragsteller Löwen, Hartmut ; Menzel, Andreas )
- Modenkopplungstheorie aktiver Brownscher Teilchen (Antragsteller Voigtmann, Thomas )
- Modulare phoretische Mikroschwimmer: von einzelnen minimalen Schwimmern zu vielkomponentigen Schwärmen (Antragsteller Palberg, Thomas )
- Schwimmen von aktiven kolloidalen Clustern in künstlichen Potentialen (Antragsteller Cuniberti, Gianaurelio ; Erbe, Artur Philipp Nikolaus )
- Schwärmen von Bakterien: Rolle der Flagellen im emergenten Verhalten (Antragsteller Winkler, Roland G. )
- Selbstorganisation von aktivem Fluss in einem nematischen Schwimmer (Antragsteller Mazza, Ph.D., Marco )
- Von solitärem Schwimmen zu Schwärmen und zurück: die Reise der Trypanosomen durch die Tsetse-Fliege (Antragsteller Engstler, Markus )
- Wie Hydrodynamik die kollektive Bewegung von Mikroschwimmern beeinflusst: Eine teilchenbasierte Simulationsstudie (Antragsteller Stark, Holger )
- Wie Microorganismen Flüssigkeiten mischen am Beispiel des Bakteriums Shewanella (Antragsteller Eckhardt, Bruno ; Thormann, Kai )
Sprecher
Professor Dr. Gerhard Gompper