Lichtgesteuerte transiente Barrieren

• Antragstellerin: Professorin Dr. Regine von Klitzing
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509491635

Im Einklang mit dem Gesamtziel der Forschungsgruppe TRANSIEVES soll im Teilprojekt A2 ein lichtgesteuertes transientes Sieb für Partikel entwickelt werden. Wir erwarten, dass sich lichtgesteuerte Siebe schnell ein- und ausschalten lassen und durch einfache Änderung des Lichtintensitätsprofils leicht dem gewünschten Zweck angepasst werden können. Das Gesamtziel des Teilprojekts A2 ist es, ein transientes Sieb auf der Basis von lichtempfindlichen Mikroschwimmern in einem transienten Lichtgradienten zu entwerfen, zu realisieren und zu optimieren. Dieses soll in enger Kooperation mit dem Teilprojekt B1 vorangebracht werden. Die Schwimmer in diesem Teilprojekt sind thermophoretische Janus-Partikel mit einer Goldkappe, die Lichtenergie in Wärme umwandelt. Sie werden zusammen mit Teilprojekt A5 hergestellt und charakterisiert. Die Wärme an der Goldkappe führt zu einem Temperaturgradienten, der wiederum zu einem osmotischen Fluss des umgebenden Lösungsmittels entlang der Oberfläche des Januspartikels und einer Bewegung des Partikels gegen den Fluss führt (Impulserhaltung). Wir planen, ein räumlich und zeitlich moduliertes Lichtfeld zu verwenden, um ein transientes Sieb zu schaffen, das leicht zu kontrollieren ist. Die Partikel können je nach Eigenschaft wie Größe, Oberflächenmorphologie oder Ladung das Sieb passieren oder von ihm blockiert werden. Eine der Hauptfragen ist, wie die Dynamik der selbstangetriebenen Janus-Partikel mit der Dynamik des zeitmodulierten Lichtfeldes zusammenhängt, um eine effiziente Siebleistung zu erreichen. Daher müssen zunächst die Grundlagen des Antriebs von thermophoretischen Schwimmern in einem statischen Lichtgradienten erforscht werden. So muss beispielsweise geklärt werden, welche Partikelparameter für einen ausgeprägten Geschwindigkeits- und Richtungsunterschied der Partikel im Lichtgradienten verantwortlich sind. Experimentelle Parameter wie Lichtgradient und Gradientenbreite sowie eine geeignete zeitliche Modulation des Lichtfeldes werden entsprechend den Ergebnissen des Teilprojektes B1 angepasst, um die Theorie zu überprüfen. Dazu wird unser bestehender Aufbau zur Partikelverfolgung um eine Kombination aus einem elektro-optischen Modulator und einem Drehspiegel erweitert, mit dem das Lichtfeld eingestellt werden kann. Die Hypothese ist, dass die charakteristische Öffnungszeit des Siebes für eine optimale Siebleistung mit der Diffusionsrotationszeit der Janus-Partikel zusammenhängt. Die Einzelheiten hierzu werden in B4 analysiert. Darüber hinaus werden die Ergebnisse des Teilprojekts B1 genutzt, um Design-Regeln für eine effiziente Leistung des transienten Siebs aufzustellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5584: Transiente Siebe