Pattern formation by interaction of an autocatalytic reaction with hydrogels

• Applicant: Professor Dr. Stefan C. Müller
• Subject Area: Statistical Physics, Nonlinear Dynamics, Complex Systems, Soft and Fluid Matter, Biological Physics
• Term: from 2002 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5368540

Im Vorhaben soll die Wechselwirkung zwischen einer autokatalytischen chemischen Reaktion und der Gelation in einem Hydrogel experimentell und theoretisch untersucht werden. Zusätzlich zu den für autokatalytische chemische Reaktionen bereits bekannten strukturbildenden Mechanismen der Turing-Instabilität und der chemisch getriebenen Konvektion tritt im hier zu untersuchenden System eine Ankopplung an die mechanischen bzw. elastischen Freiheitsgrade des sich ausbildenden Gel-Netzwerks auf. Erste experimentelle Arbeiten zeigen, dass die Ankopplung an die Freiheitsgrade des Netzwerks insbesondere zu Ondulationen führen kann. Das für dieses Projekt ins Auge gefasste System kann als Prototyp angesehen werden, welcher als Brücke von den für autokatalytische Reaktionen bereits relativ gut verstandenen Instabilitäten, wie der Turing-Instabilität und der chemisch getriebenen Konvektion, zu den noch weniger verstandenen, da komplexeren Vorgängen bei der mechano-chemischen Strukturbildung in Chemie und Biologie dienen könnte. Diese Art der Strukturbildung ist für die Biologie deswegen besonders wichtig, da sich Morphogenese überwiegend in gelartigen Biopolymeren abspielt. Darüber hinaus kommt der Einbettung komplexer Reaktionen in biologischen Netzwerken eine zentrale Bedeutung für Zellbewegung durch molekulare Motoren zu.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr. Helmut R. Brand