Forschungszentrum Jülich - Theoretische Physik der Lebenden Materie (IBI-5)

Theoretische Physik der Lebenden Materie

Wir erforschen die Struktur und Dynamik von komplexen Flüssigkeiten, aktiver weicher Materie und biologischen Systemen mit theoretischen und numerischen Modellen und Methoden — auf der Basis physikalischer Prinzipien und Mechanismen. Im Vordergrund steht die Untersuchung und das Verständnis von Systemen fern des thermischen Gleichgewichts, insbesondere das kollektive Verhalten selbst-angetriebener mesoskopischer Objekte, aber auch von der Strömung von Biofluiden.

Schwerpunkte unserer Forschung

Synthetische Zellen

Lokalisierte Kräfte aus dem Inneren einer Zelle bestimmen die Deformation und Migration als Reaktion auf äussere Einflüsse. Künstliche Zellen können zur Aufklärung der Mechanismen beitragen und später einmal als Miniatur-Fabriken oder Mikro-Roboter funktionieren.

Blut -- Strömung und Funktion

Die Strömungseigenschaften von Blut in Mikrokapillaren wird durch die Form und Deformabilität der roten Blutkörperchen bestimmt. Die Strömung beeinflusst aber auch viele andere Zellen und Proteine im Blut, die unter anderem für die Immunantwort und die Blutgerinnung verantwortlich sind.

Spermien in Mikrokanälen

Spermien schwimmen in einer Flüssigkeit sich durch die schlangenähnliche Bewegung ihres Schwanzes, des "Flagellums". Der resultierende Antrieb führt zu einer erhöhten Aufenthaltswahrscheinlichkeit an Wänden -- wichtig für die Reise durch den Eileiter, aber auch in mikrofluidischen Bauelementen.

Wirbelbildung aktiver Teilchen

Aktive Brown'sche Kügelchen haben eine bevorzugte Antriebs- richtung, aber ihr isotropes Wechselwirkungspotential bedingt keinerlei Ausrichtung ihrer Orientierungen. Dennoch bilden sie kollektive Wirbel und Strömungen -- aufgrund einer bewegungsbedingten
Sortierung an Grenzflächen.

Nanoteilchen an Membranen

Eine grosse Vielfalt synthetischer und biologischer Nanoteilchen wechselwirkt mit der Zell- membran. Dies betrifft etwa die Invasion der Zelle durch Viren, oder die Nanotoxizität industriel- ler Nanoteilchen. Die Aufnahme in die Zelle wird durch viele Faktoren, wie Grösse, Form, und Oberflächen-Chemie, bestimmt.

Meldungen und Termine

Synthetische Zellen: Formen und Bewegungen steuern

Lebende Zellen können unterschiedlichste Formen annehmen, etwa um sich fortzubewegen, durch Engstellen zu schlängeln oder Nährstoffe aufzunehmen. Krankheitserreger nutzen diese Fähigkeiten der aktiven Fortbewegung zum Beispiel, um in gesundes Gewebe einzudringen. Die physikalischen Grundlagen dieser komplexen Prozesse haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der ETH Zürich nun mit einem neuen Modellsystem untersucht.

„Soft Matter Matters!“ – Broschüre

Gemeinsam mit dem Schülerlabor des Forschungszentrums, JuLab, hat das IBI-4 eine Experimentierbroschüre im Rahmen des EU-Projekts EUSMI herausgegeben.