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Mesoskopische Dynamik
Die dynamischen Eigenschaften von Polymerschmelzen werden durch die Reptationsdynamik
einzelner Ketten in der von den anderen Polymeren gebildeten Röhre bestimmt. Ein wichtiger Aspekt
dieser Bewegung ist der Zwangsfreisetzungseffekt, bei dem eine der die Röhre bildenden Matrixketten
wegdiffundiert und lateral eine gegebene Kette freisetzt. Die Neutronenspinecho (NSE)-Experimente
zeigen eine systematische Lockerung des Einschlusses mit Verringerung des Matrix-
Molekulargewichts. Ein neuer simulationsbasierter Ansatz mit Hilfe eines Gleitverbindungsmodells
führte zu perfekter Übereinstimmung mit NSE-Daten über den vollen Bereich des Matrix-
Molekulargewichts.
Der isotrop-nematische Phasenübergang einer Dispersion von Stäbchen wird getrieben durch den
Gewinn an Translationsentropie auf Kosten von Orientierungsentropie. Wenn das System in der
isotropen Phase nahe der nematischen Phase ist, sind Stäbchen stark verhakt, was die Diffusion
behindert. Sobald die Dispersion in der nematischen Phase ist, wird erwartet, dass die Diffusion
entlang dem lokalen Direktor zunimmt, während die Diffusion senkrecht zum Direktor stärker behindert
wird. Wir haben dieses Verhalten über einen weiten Konzentrationsbereich mit Hilfe von
Videomikroskopiemessungen an markierten fd-Viren in einer Hintergrundphase unmarkierter fd-Viren
quantifiziert. Die Tracerdiffusion von Kugeln in nematischen fd-Suspensionen wurde mittels
Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie untersucht.
Getriebene Systeme
Eine neue Instrumentierung für dynamische Lichtstreuung bei streifendem Einfall wurde aufgebaut
und mit einer Dispersion sphärisch stabilisierter Kolloidkugeln getestet. Mit dieser Technik ist es
möglich, die Dynamik von Kolloiden in unmittelbarer Nähe einer Feststoff/Lösung-Grenzfläche zu
erforschen. Die Instrumentierung basiert auf einem Dreikreisdiffraktometer, das die Abtrennung der
Komponenten des Diffusionskoeffizienten parallel und senkrecht zur Grenzfläche erlaubt. Dies ist mit
keinem anderen existierenden Instrument möglich.
Thermodiffusion beschreibt die Kopplung zwischen einem Temperaturgradienten und einem
resultierenden Massenfluss in einem Mehrkomponentensystem. Mittels einer empfindlichen
holographischen Gittertechnik wurde das Thermodiffusionsverhalten von (Poly)ethylenoxid und
Poly(N-Isopropylacrylamid) in Wasser-Ethanol-Gemischen systematisch untersucht. Die Messungen
zeigen, dass die Thermodiffusion sehr empfindlich auf Änderungen im Wasserstoffbrückennetzwerk
reagiert. Auf der Basis von theoretischen Modellen, Simulationen und jüngsten Experimenten klären
wir einige Eigenschaften und Mechanismen auf, die zum Soret-Effekt beitragen.
Die Austauschkinetik von Polymerketten zwischen polymeren Mizellen wurde durch zeitaufgelöste
Kleinwinkelneutronenstreuung (SANS) untersucht. Eine systematische Untersuchung an drei
strukturell unterschiedlichen Polymersystemen führte zur Entdeckung extrem schwachen
logarithmischen Zeitabhängigkeit anstelle des erwarteten exponentiellen Einzelprozesses. Die
zugrunde liegende Verteilung von Kettenexpulsionsraten hängt höchstwahrscheinlich mit einer sehr
heterogenen Freisetzung von Ketten aus dem Kern infolge topologischer Wechselwirkungen der
Kernpolymere zusammen.
Polymere spielen eine wichtige Rolle in Biomineralisierungsprozessen, wie sie in der Natur
vorkommen. Im Körper hemmt das Protein Fetuin-A die Verkalkung von Weichgewebe durch
Calciumphosphatkristalle. Fetuin-A zirkuliert mit dem Blutstrom und ist verantwortlich für die
systematische Hemmung von solchen Verkalkungen. Mit Hilfe der Neutronenkleinwinkelstreuung
(SANS) war es möglich zu zeigen, dass in Anwesenheit von Fetuin-A Calciumphosphatproteinpartikel
in der Größenordnung von 1000 Molekülen gebildet werden, deren weiteres Wachstum gehemmt
wird. Mit Hilfe von Kontrastvariationstechniken erbrachten wir den Nachweis, dass der Mechanismus
der Wachstumshemmung eine Versiegelung der Octacalciumphosphat-Oberfläche durch dicht
gepacktes Fetuin-A ist.
Biologisch inspirierte Physik und Biologie
Biomaterialien sind das Produkt einer langen Evolution und daher hoch optimierte Materialien. Die
meisten Biomaterialien sind jedoch nur unter sehr spezifischen Bedingungen stabil, z.B. überleben
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