Active and Passive Transport at Interfaces

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Aliaskarisohi, Saeedeh:
Active and Passive Transport at Interfaces.
Bayreuth , 2011
( Dissertation, 2011 , Universität Bayreuth, Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik)

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Abstract

In this thesis we studied different forms of transport at interfaces. Four different interfacial transport mechanisms have been investigated. In each of them one physical aspect of active and passive transport is discussed. The four systems are arranged and discussed in four separate chapters. In chapter 3 and 4 we study the effect of static or hydrodynamic interactions on the cross over from individual diffusion towards collective diffusion. In chapter 3 the diffusion of circular domains on a giant unilamellar vesicle is measured. By tracking the motion of hydrodynamic interacting domains on a curved membrane we determined whether it is possible to extract rheological properties of the bilayer membrane. A similar two dimensional system interacting via static dipole interactions is studied in chapter 4. A mixture of paramagnetic and nonmagnetic colloidal particles immersed into a diluted ferrofluid is self assembled into colloidal flowers. In this experiment the effect of static interactions on the modes of diffusion of the petals of the colloidal flower is investigated in a one dimensional system. The results are compared with the single file diffusion of a hard core interacting one dimensional system. In chapter 5, the effect of actively directing particles with fluctuating active forces in a symmetry broken environment is studied. We address the question how to competing symmetry breaking effects decide on the direction of motion. The system consists of paramagnetic colloidal particles placed into an aqueous solution above the liquid-solid interface of a magnetic garnet film. An external modulated field supplies the fluctuations and the symmetry is broken by tilting the external field with respect to the magnetic film and/or by a magnetic symmetry broken pattern of the magnetic film. The direction of motion of the paramagnetic colloids is measured and we give a theoretical explanation of why which symmetry breaking wins. The fluidization of a two dimensional solid to a two dimensional liquid via the yielding of the monolayer is studied in chapter 6. The monolayer is locally yielded with thermo capillary interactions by focusing a laser onto it. We investigate the yielding as a function of the chemical nature of the monolayer and determine the thermodynamic requirements necessary for thermo capillary yielding.

Abstract in weiterer Sprache

In dieser Arbeit behandeln wir verschiedene Transportarten an Grenzflächen. Vier verschiedene Transportmechanismen an Grenzflächen wurden untersucht. Jeder Mechanismus behandelt einen physikalischen Aspekt aktiven oder passiven Transports. Die vier Systeme werden in vier einzelnen Kapiteln angeordnet und diskutiert. In Kapitel 3 und 4 untersuchen wir den Effekt statischer und hydrodynamischer Wechselwirkungen auf den graduellen Übergang von individueller zu kollektiver Diffusion. In Kapitel 3 wird die Diffusion von kreisförmigen Domänen auf einem riesigen unilamellaren Vesikel gemessen. Indem wir die Bewegung von hydrodynamisch interagierenden Domänen auf einer gekrümmten Membran verfolgen, bestimmen wir, ob es möglich ist, rheologische Eigenschaften der zweischichtigen Membran zu extrahieren. Ein ähnliches zweidimensionales System das über statische Dipolwechselwirkungen interagiert, wird in Kapitel 4 untersucht. Eine Mischung von paramagnetischen und nichtmagnetischen kolloidalen Teilchen in einem verdünnten Ferrofluid formt durch Selbstorganisation kolloidale Blumen. In unseren Experimenten wird der Effekt von statischen Interaktionen auf die Diffusionsmoden der Blütenblätter der kolloidalen Blumen in einem eindimensionalen System untersucht. Die Ergebnisse werden mit der single file Diffusion eines eindimensionalen Systems mit hard core Abstoßung verglichen. In Kapitel 5 wird der Effekt von aktiv mit fluktuierenden Kräften getriebenen Partikeln in einer Umgebung gebrochener Symmetrie auf die Bewegung der Partikel erörtert. Wir untersuchen die Frage, inwiefern die konkurrierenden Symmetriebrechungseffekte über die Bewegungsrichtung der Partikel entscheiden. Unser System besteht aus paramagnetischen kolloidalen Partikeln in einer wässrigen Lösung über der flüssig-fest Grenzfläche eines magnetischen Granatfilmes. Ein externes modulierendes Feld liefert die fluktuierenden Kräfte und die Symmetrie wird gebrochen, indem das externe Feld gegenüber dem magnetischen Film gekippt wird und/oder indem das Magnetisierungsmuster des Granatfilmes symmetriebrechend wird. Die Bewegungsrichtung der paramagnetischen kolloidalen Partikel wird gemessen und eine theoretische Erklärung hergeleitet, warum welche Symmetriebrechung unter welchen Umständen gewinnt.