Collective motion of model microorganisms in Poiseuille flow

• Applicant: Professor Dr. Holger Stark
• Subject Area: Statistical Physics, Nonlinear Dynamics, Complex Systems, Soft and Fluid Matter, Biological Physics
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 214525933

Viele Mikroorganismen im menschlichen Körper schwimmen unter Einschränkung, wie Spermien im Eileiter oder Krankheitserreger im Blutstrom. Suspensionen von Mikroorganismen, die zur Herstellung von Biotreibstoff verwendet werden, zeigen interessante biokonvektive Muster, wenn sie durch Röhren gepumpt werden. Das Projekt behandelt solche Situationen, indem es mit einem biomimetischen Zugang untersucht, wie sich Modell-Mikroschwimmer, Squirmer genannt, in einem Poiseuillefluss durch einen Mikrokanal verhalten. Squirmer bilden Mikroschwimmer nach, die hauptsächlich über zwei Typen von Schwimmern klassifiziert werden können: Schubschwimmer wie Spermien oder Bakterien bewegen sich mit Hilfe von Geißeln fort, die am hinteren Ende des Zellkörpers angebracht sind, während Zugschwimmer sich durch die Flüssigkeit ziehen, wie die Alge Chlamydomonas die zwei Geißeln verwendet, um einen Brustschlag auszuführen. Mit einer innovativen Methode, der sogenannten Vielteilchen-Stoßdynamik, bestimmen wir das Strömungsfeld um die Squirmer herum und untersuchen ihre kollektive Dynamik in einem Mikrokanal mit Poiseuillefluss, indem wir uns auf den Einfluss von Einschränkung, Flüssigkeitsströmung, und Rauschen konzentrieren. Wir behandeln auch das kontroverse Thema, wie wichtig Nah- und Fernfeld-Hydrodynamik im Vergleich zu sterischen Wechselwirkungen und Rauschen ist. Dann wenden wir uns realistischeren Modellen zu. Wir untersuchen langgestreckte anstatt kugelförmige Squirmer und bilden viskoelastisches Blut nach, indem wir Hindernisse in eine zähe Flüssigkeit platzieren.

• DFG Programme: Research Grants