Forschungsthemen

Sehen, hören und fühlen in der Nanowelt

Nanomechanische Gewebeeigenschaften sollen mit menschlichen Sinnen erfahrbar werden

Gemeinsam mit der Professur Struktur und Funktion kognitiver Systeme entwickeln wir ein multisensorisches Display, mit dem die mit einem Rasterkraftmikroskop gemessenen Kräfte mit einer haptischen Schnittstelle in vom Menschen wahrnehmbare Kräfte übersetzt werden. Gleichzeitig werden die Form der Oberfläche und weitere Oberflächeneigenschafen visuell und akustisch dargestellt. So können die auf der Nanometerskala gemessenen Kräfte interaktiv und mit mehreren menschlichen Sinnen gleichzeitig erkundet werden. (Fotografik: R. Magerle)

Kollagenfibrillen

Nanomechanische Eigenschaften des häufigsten Strukturproteins der Wirbeltiere

Fibrillenbildende Kollagene sind ein Hauptbestandteil der Bindegewebe der Wirbeltiere. Die Menge an Wassermolekülen sowie die Art und Verteilung molekularer Vernetzungen zwischen den Kollagenmolekülen bestimmen entscheidend die mechanischen Eigenschaften der Kollagenfibrillen. Wir untersuchen diese mittels Rasterkraftmikroskopie, wobei wir den Wassergehalt der Fibrillen über die Luftfeuchte sehr genau einstellen können. (Bild: R. Magerle, M. Dehnert, D. Voigt, A. Bernstein, Analytical Chemistry 92, 8741–8749 (2020); © 2020 American Chemical Society.)

EPICAL Hysterese

Ratenunabhängige Energiedissipation in Kollagenfibrillen

Das EPICAL-Hysteresemodell beschreibt phänomenologisch und in einheitlicher Form Abfolgen mechanischer Phänomene, die bei rasterkraftmikroskopiebasierten Nanoindentierungsexperimenten auftreten: elastoplastische Indentation, Kapillarkräfte und die Nivellierung der Oberfläche durch die Oberflächenspannung. Das Modell basiert auf Kraft-Weg-Daten, die mit dem Rasterkraftmikroskop während eines großen Annäherungs- und Rückzugszyklus gemessen werden, und sagt die Kraft und die dissipierte Energie für beliebige Eindringtrajektorien voraus. (Bild nach: R. Magerle, P. Zech, M. Dehnert, A. Bendixen, A. Otto, Soft Matter 20, 2831–2839 (2024); © 2024 The Royal Society of Chemistry)

MUSIC-mode Rasterkraftmikroskopie

Nanoskalige Tiefenprofile weicher Polymeroberflächen und Flüssigkeiten

Mit tapping mode Rasterkraftmikroskopie können wir die Eindringtiefe der Spitze in die Probe messen und mit dieser Information räumliche Tiefenprofile der Probenoberfläche rekonstruieren, z.B. bei polymerfunktionalisierten Graphenoxidschichten (siehe Bild), teilkristallinen Polymeren unnd Kollagenfibrillen. Eine Variation ist der multi-set point intermittent contact (MUSIC) mode mit dem ohne Regelungsartefakte weiche nanoskalige Objekte und auch Flüssigkeiten abgebildet werden können. (Bild: M. Dehnert, E.-C. Spitzner, F. Beckert, C. Friedrich, R. Magerle, Macromolecules 49, 7415–7425 (2016); © 2016 American Chemical Society.)