29.09.2022

Aktive Materie erforschen

Sophie Klempahn erhält Professor-Franz-Brandstetter-Preis für ihre Masterarbeit über Dimere.

Mit dem Professor-Franz-Brandstetter-Preis wird in diesem Jahr die Masterarbeit „Modeling active rigid dimers“ von Sophie Klempahn ausgezeichnet. Die Arbeit wurde in der Gruppe von Abhinav Sharma im Institut für theoretische Physik am Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. angefertigt und an der Technischen Universität Dresden verteidigt. In der Physik ist aktive Materie ein noch junger Forschungs­gegenstand. Von der Untersuchung und Aufklärung ihrer Eigenschaften und Verhaltens­mechanismen erhofft man sich ein tieferes Verständnis lebender Materie sowie Ansätze für die Konstruktion von Nano­maschinen, die in autonomer Weise Aufgaben erfüllen können. Sophie Klempahns Master­arbeit liefert hier mit einer mathematischen Theorie für ein Modell­system, bestehend aus zwei miteinander verbundenen aktiven Partikeln, wertvolle grundlegende Erkenntnisse.

 

Abb.: Sophie Klempahn (Bild: privat)
Abb.: Sophie Klempahn (Bild: privat)

Das einfachste Modell aktiver Systeme sind die Brownschen Kolloide. Sie verfügen über einen inneren Antrieb, werden aber aufgrund der Brownschen Molekular­bewegung zu zufälligen Richtungs­änderungen gezwungen. Per se können diese aktiven Kolloide keine besonderen Aufgaben erfüllen – sie verhalten sich wie Billardkugeln, die ständig umher gestoßen werden. Dies ändert sich, wenn mehrere aktive Kolloide miteinander verbunden werden.

Sophie Klempahn hat ein spezielles System aus zwei starr miteinander verbundenen aktiven Kolloiden (Dimer) untersucht, um herauszufinden, welchen Gesetzmäßigkeiten das Verhalten eines solchen Systems unterliegt und ob beziehungsweise wie es sich gezielt beeinflussen und nutzen lässt. In einer exzellenten mathematischen Lösung des theoretischen Problems hat Frau Klempahn die Aufenthalts­wahrscheinlichkeit für das studierte Dimer in einem Gradienten der Aktivitäten berechnet, also in einer Umgebung, in welcher der Antrieb der beiden aktiven Kolloide sich räumlich ändert. Interessanter Weise zeigt ihre mathematische Lösung, dass das aktive Dimer für eine bestimmte Wahl seiner Eigenschaften ein chemotaktisches Verhalten zeigt – also eine gezielte Bewegung und Anreicherung in Bereichen der höheren durch Aktivitäts- und Stoffkonzentrationen, wie sie vor allem in biologischen Systemen vorkommt.

Der Professor-Franz-Brandstetter-Preis wird jährlich für eine hervor­ragende Diplom- oder Master­arbeit vergeben, die am IPF angefertigt wurde. Der namens­gebende Stifter wirkte viele Jahre in leitenden Funktionen bei BASF SE, zuletzt als Leiter des Kompetenz­zentrums Polymer­forschung, und er war dem IPF als Erster Vorsitzender des Fördervereins des Instituts sowie als Mitglied des Wissen­schaftlichen Beirats eng verbunden.  

Leibniz-IPF / DE

 

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