Interaktive Oberflächen

Molekulare Mechanik weicher Materie

Mit Hilfe der hochauflösenden Rasterkraftmikroskopie untersuchen wir molekulare Kräfte an der Oberfläche weicher Materialien. Einzelmolekül-Kraftspektroskopie an Hydrogelen trägt zu einem Verständnis und einer Kontrolle der Mechanismen von Bioadhäsion und Mechanotransduktion auf Biomaterialien bei. In aktiven Materialien setzen wir lichtgetriebene molekulare Motoren für die mechanische Stimulation ein. Für schnelle molekulare Kraftmessungen mit hohem Durchsatz entwickeln wir neuartige Methoden, die auf der Bewegung gebundener Partikel in mikrofluidischen Kanälen beruhen.

Wichtige Veröffentlichungen:

• B. Li, A. Çolak et al.,
  Molecular stiffness cues of an interpenetrating network hydrogel for cell adhesion
  Materials Today Bio, 15 (2022) 100323.
• Y. Zheng, M.K.L. Han, R. Zhao, J. Blass, et al.,
  Optoregulated force application to cellular receptors using molecular motors
  Nature Communications, 12 (2021) 3580.
• M. Penth et al.,
  Nanomechanics of self-assembled DNA building blocks
  Nanoscale, 13 (2021) 9371-9380.
• Colak, B. Li, et al.,
  The mechanics of single cross-links which mediate cell attachment at a hydrogel surface
  Nanoscale, 11 (2019) 11596-11604.

Nanotribologie

Reibungskraftmikroskopie im Ultrahochvakuum oder in wässrigen Lösungen zeigt molekulare Mechanismen der Reibung auf. Wir untersuchen zum Beispiel die Grenze der Superlubrizität von 2D-Materialien unter hohem lokalem Druck. Wir entwickeln unsere Forschungsarbeiten weiter in Richtung der Nanotribologie von Hydrogelen und untersuchen dissipative Wechselwirkungen einzelner fluktuierender Polymere.

Wichtige Veröffentlichungen:

• B. Szczefanowicz, et al.,
  Formation of intermittent covalent bonds at high contact pressure limits superlow friction on epitaxial graphene,
  Physical Review Research, 5 (2023) L012049.
• K. Schellnhuber et al.,
  Single-Polymer Friction Force Microscopy of dsDNA Interacting with a Nanoporous Membrane,
  Langmuir, 40 (2024) 968-974.
• Z. Liu et al.,
  Nanoscale friction on MoS2/graphene heterostructures,
  Nanoscale, 15 (2023) 5809-5815.

Taktile Wahrnehmung von Materialien

Reibung mit der Fingerspitze spielt eine Schlüsselrolle im taktilen Erfühlen von Materialien und in der Wahrnehmung von Materialeigenschaften und Oberflächenstrukturen. Wir setzen psychophysikalische Studien ein, um Korrelationen zwischen der Reibung der Fingerspitze und individuellen Einschätzungen der Berührung von Materialien aufzuspüren.

Wichtige Veröffentlichungen:

• R. Sahli et al.,
  Tactile perception of randomly rough surfaces
  Scientific Reports, 10 (2020) 15800.
• Gedsun et al.,
  Bending as Key Mechanism in the Tactile Perception of Fibrillar Surfaces
  Advanced Materials Interfaces, 9 (2022) 2101380.
• M. Fehlberg et al., Perception of Friction in Tactile Exploration of Micro-structured Rubber Samples, in Haptics: Science, Technology, Applications, Springer 2022, pp. 21-29.

Materialien für die Zukunft der taktilen Kommunikation

Materialien mit schaltbarer Oberflächenstruktur ermöglichen die schnelle Übertragung von Information durch Variation der gespürten Berührung. Wir entwickeln mikrostrukturierte Elastomere, deren Oberflächenwelligkeit durch angelegte elektrische Felder oder pneumatische Mechanismen verändert wird. Die sensorische Verarbeitung einer solcher Stimulation wird mit Hilfe von EEG und MEG bestimmt.

Wichtige Veröffentlichungen:

• N. Özgün et al.,
  Tribology of a Braille Display and EEG Correlates
  Tribol. Lett., 66 (2018) 16.