Ehemalige Max-Planck-Forschungsgruppen am MPI-DS

Das Studium der Physik und der physikalischen Chemie von Grenzflächen in mehrphasigen Flüssigkeiten ist von großer praktischer Bedeutung, insbesondere um Emulsionen (Pharmazeutische Technologie, Medizin), Schäume (Lebensmitteltechnologie), Membranen (Materialwissenschaften, biologische Zellen) zu verstehen. Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Dynamik von Grenzflächen einzelner Tröpfchen, Blasen oder Myzellen und Vesikel in Emulsionen. Mit Hilfe der Mikrofluidik ist es möglich, quantitativ und zeitlich hoch aufgelöst die Übergangsstadien der Tropfenbildung, der Koaleszenz, sowie der Emulsifikation, auch unter dem Einfluss externer Faktoren wie elektrischer Felder, zu untersuchen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung neuer Anwendungen der Mikrofluidik im Bereich der Biologie, Chemie und Biotechnologie in enger Zusammenarbeit mit Biologen und Biochemikern.

Obwohl (seit Darwin) die Prinzipien der biologischen Evolution bekannt sind, können wir ihren Ablauf kaum vorhersagen. Rasante biotechnologische Fortschritte ermöglichen aber einen immer besseren Blick auf die zeitlichen Veränderungen im Genom. Die Max-Planck-Forschungsgruppe entwickelt hierzu theoretische Modelle, die sie mit Hilfe von genetischen Daten oder im Experiment testet. In weiteren, zum Teil verwandten, biophysikalischen Projekten wird die Mechanik von wachsendem Gewebe untersucht.

Die Max-Planck-Forschungsgruppe beschäftigt sich mit dem Ursprung komplexen dynamischen Verhaltens in nichtlinearen Systemen. Der Schwerpunkt liegt auf der Erforschung des Turbulenzübergangs in Scherströmungen. Um ein tieferes Verständnis dieser Vorgänge zu gewinnen, werden Methoden aus der nichtlinearen Dynamik angewandt. In weiteren Projekten geht es um elastische Turbulenz, Reduktion des Strömungswiderstandes in Polymer-Lösungen und Phasenübergänge in granularen Medien.

Wie ist biologische Materie aufgebaut, was sind die zugrunde liegenden Strukturen?
 Unsere Max-Planck-Forschungsgruppe untersucht die Morphologie und die Funktionsweise lebender Organismen und die physikalischen Gesetze dahinter. Hauptsächlich beschäftigen wir uns mit realen biologischen Verteilungssystemen. Wir benutzen Ansätze aus Physik, Mathematik und Informatik um die Evolution und Funktionsweise komplexer Gefäßnetzwerke zu verstehen. In anderen durch die Biologie inspirierten Projekten untersuchen wir, wie sich kompliziert strukturierte Objekte geometrisch falten und entfalten. Darüber hinaus analysieren wir mechanische Eigenschaften, wie z.B. die Elastizität dünner Schalen.

Scheinbar einfache physikalische Systeme können komplexe Strukturen bilden und ein enorm dynamisches Verhalten zeigen. Beispiele sind laminar-turbulente Strukturen in Scherströmungen, die Bildung von korallenartigen Formen beim Kristallwachstum, die Rolle der Elastizität in der Musterbildung von Filamenten in biologischen Systemen, sowie freie Oberflächenströmungen in Mikrofluidanwendungen. Wir untersuchen diese Systeme mit verschiedensten Methoden aus Kontinuumsmechanik und Transporttheorie zusammen mit Verfahren der dynamischen Systeme und großskaligen Computersimulationen.

Die Mitarbeiter der Max-Planck-Forschungsgruppe beschäftigen sich mit der Struktur und der Dynamik komplexer Netzwerke. Ein Schwerpunkt ist die Analyse und die mathematische Modellierung der Aktivität von Netzwerken aus Nervenzellen im Gehirn. Dazu entwickelt die Gruppe auch die nötigen mathematischen Werkzeuge. Zudem beschäftigt sich das Team mit Anwendungen aus den Bereichen Informatik, statistischer Physik, Robotik und künstlichen neuronalen Netzwerken.