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Mikro- und Makrorheologie von Tensid- und Polymerlösungen, Polymernetzwerken und Hydrogelen

Mikro- und Makrorheologie von Tensid- und Polymerlösungen, Polymernetzwerken und Hydrogelen
Ansprechpartner:Claude Oelschlaeger

In den letzten Jahren haben sich insbesondere im Bereich der Biophysik optische Methoden wie Videomikroskopie, Diffusing Wave Spectroscopy (DWS) oder optische Pinzetten zur Bestimmung viskoelastischer Eigenschaften komplexer Fluide etabliert. Die theoretische Basis bilden verallgemeinerte Stokes-Einstein-Beziehungen, die es erlauben aus der Diffusion von intrinsisch vorhandenen oder Tracer-Partikeln die Moduln G’ und G’’ zu bestimmen.

Die DWS ist eine schnelle, zerstörungsfreie Methode um G’ und G’’ für transparente oder leicht trübe Fluide in einem weiten Frequenzbereich (0.001- 100 kHz) zu bestimmen.

Mit Hilfe der in der Arbeitsgruppe vorhandenen komplementären Methoden der mechanischen Hochfrequenz-Rheologie werden Möglichkeiten und Grenzen der DWS validiert. Die DWS wird erfolgreich zur Untersuchung der viskoelastischen Eigenschaften semiflexibler Polymere und selbstaggregierender Strukturen eingesetzt. Es ist erstmals gelungen, die Biegefestigkeit semiflexibler Tensidmizellen rheologisch zu bestimmen. Diese Methode wird auch erfolgreich angewendet, um lokale strukturelle Variationen oder Hochfrequenz-Relaxationsprozesse in Proteinlösungen, Stärkekompositen, Tonmineralsuspensionen, hochkonzentrierten Polymerdispersionen, oder Intermediärfilament-Netzwerken zu untersuchen.

Die Video-Mikroskopie bietet die Möglichkeit über die Bestimmung der mittleren Verschiebungsquadrate unterschiedlicher Partikel rheologische Eigenschaften ortsaufgelöst auf mikroskopischer Ebene zu erfassen. Diese Methode wurde zur Charakterisierung inhomogener Polymerlösungen, menschlichen Trachealschleims, DNA-Hydrogelen, thermosensitiven Systemen und supramolekulare Hydrogelen verwendet.

Kürzlich haben wir auch ein innovatives Konzept für die Herstellung poröser Hydrogele entwickelt und erforschen nun deren Eignung im Bereich Tissue-Engineering. Mit Hilfe Multiple Particle Tracking (MPT) können die viskoelastischen Eigenschaften der Gele lokal am Ort der Zellanlagerung bestimmt und so deren Einfluss auf das Zellwachstum untersucht werden. In Kooperation mit Prof. Bastmeyer (KIT) sollen so Substrate für Wachstum und Vermehrung von Hautzellen entwickelt werden