Forschungsthemen

Aktive Materie zeichnet sich dadurch aus, dass eines oder mehrere ihrer Bestandteile selbst angetrieben sind.  Aktive Systeme sind somit von Natur aus nicht im Gleichgewicht und können sich in ihrer Phänomenologie erheblich von ihren nicht-aktiven Pendants unterscheiden. Die Natur liefert unzählige Beispiele für aktive Systeme auf verschiedenen Längenskalen, wie z. B. Vogelschwärme, Bakterienkolonien und molekulare Motoren. Eine wichtige Herausforderung besteht darin, intelligente Materialien mit aktiven Komponenten im Mikrometermaßstab  für maßgeschneiderte Zwecke und Anwendungen in der nanomedizinischen Arzneimittelverabreichung, der Gewebeentwicklung und der mikrofluidischen Geräteentwicklung zu synthetisieren.

Eine der am weitesten verbreiteten Strategien zur Herstellung von Schwimmern im Mikrometerbereich ist die Verwendung von phoretischen Materialien, die in Gegenwart von Gradienten im umgebenden Lösungsmittel durch die Bereitstellung von chemischen oder Lichtsignalen aktiviert werden können. Andere Strategien sind die Verwendung magnetischer oder dielektrischer Partikel, die mit externen Feldern aktiviert werden, oder die Nutzung enzymatischer Prozesse. Ziel unserer Arbeit ist es, mit Hilfe modernster Computersimulationen das kollektive Verhalten von Systemen wie phoretischen Kolloidenund aktivierten magnetischen Rotoren zu verstehen. Es kann durch die Veränderung verschiedener Faktoren gesteuert werden, wie z. B. der Antriebsmechanismen, der Lösungsmitteleigenschaften, der Größe und Form der selbstangetriebenen Teilchen, der Begrenzungen und, was sehr wichtig ist, auch der zeitlichen und räumlichen Kontrolle des Ortes an dem die Aktivität ausgelöst wird. Von besonderem Interesse sind auch Systeme, bei denen Quorum Sensing oder visuelle Interaktionen eine Schlüsselrolle spielen. In diesen biologisch inspirierten Systemen ändert sich das individuelle Schwimmverhalten in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten, was die Fähigkeit des Systems deutlich erhöht, sich an interne und externe Einflüsse anzupassen.