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Biophysik der Moleküle
17. Vorlesung Rädler WS 2010
10. Jan. 2011
Rheology
Lineare Viskoelastitzität homogener Netzwerke und Gele
Die „extrazelluläre Matrix“ ist ein „gequollenes“ Polymernetzwerk
Knorpel
Elastin
Hyaluronsäure
komplexer Verbund
Fasern und Polymere
Hydrogele
Polyelektrolyte können durch mehrwertige Ionen quervernetzt werden
• Alternierende Blöcke von !-L-
Glucronsäure (G) und ß-D-
Mannuronsäure (M)
• Bindung von ein/zwei/dreiwertigen
Ionen an die Carboxylgruppen der
G-Moleküle
Hydrogele sind hydrophile Polymernetzwerke, die große
Mengen an Wasser aufnehmen können
Alginat, besser Alginsäure, ist ein wasserlössliches,geschmackloses
Geliermittel aus Algen, das sich durch Dissoziation an vielen Stellen negativ
auflädt.
-G-G-M-M-
Die molekulare Küche:
Versuch: künstlicher Kaviar
Literatur: Thomas Vilgis, Die Molekül-Küche - Physik und Chemie des feinen Geschmacks,
Hirzel Verlag, 216 Seiten.
aus: Thomas Vilgis, Physik Journal 6 (2007) Nr. 6, S.29.
Ob ein Material flüssig oder fest erscheint,ist eine Frage der Beobachtungszeit
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Deborah Zahl
Im Fünften Buch Richter spricht Deborah „Die Berge fliessen vor Gott ...“
intrinsische Relaxationszeit
Beobachtungszeit
Versuch: Silly Putty
Rheologie und Viskoelastizität:
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elastische Scher-Verformung
viskosesFliessen
": Scherspannung, G: Schermodul, #: Scherung, $: dynamische
Viskosität, d#/dt Scherrate
Viskoelastizität: Ein Fall für komplexe Zahlen
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" *(t) =G
* # $ *!
"(t) = " 0 sin #t( )
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"(t) = # 0 $ G sin%t + $ $ G cos%t( )=>
Periodische Verformung (strain): Viskoelastische Antwort (stress):
komplexe Darstellung
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Gummielastizität: Eine Folge der Quervernetzung
VERSUCH Gummielastizität
Jede Masche trägt etwa die thermische Energie kBT bei, und der Modul G lässt
sich durch G ! n kBT abschätzen, wobei n die Anzahl der Maschen pro
Volumen ist.
Polymernetze haben einen entropie-elastischen Charakter. Dieser drückt sich durch
die ungewöhnliche Proportionalität des Schermoduls zu der
Temperatur aus.
Magnet-Rotations-Mikrorheometer
Messung der Frequenzabhängigkeit
viskoelastischer Konstanten von
biologischen Gelen
Müller et al. 1991
The problem of turbulent drag reduction
two fire hoses (pure water and water + 0.003% PEG
from Bailey & Koleske 1976
Stretching of a Single Thethered Polymer in a Uniform Flow
T.T. Perkins et al Science 268, 83 (1995)
"Molecular Individualism"
DeGennes
Single Polymer Dynamics in an Elongational Flow
T.T. Perkins, D. Smith & S. Chu