Light controlled active and passive motion of colloidal particles [thesis]

Pooja Arya
2020
In dieser Doktorarbeit führen wir das Konzept der lichtinduzierten Diffusioosmose (LDDO) zur licht-kontrollierten passiven und aktiven Bewegung von Kolloiden an der fest-flüssig Grenzfläche ein. Bei diesem neuartigen Phänomen wird ein Grenzflächenfluss mittels Lichtes bestimmter Wellenlänge erzeugt. Ein lichtempfindliches Tensid wirkt hierbei als Quelle der Diffusioosmose: Durch Einstrahlung von Licht wird ein Konzentrationsgradient an der Oberfläche erzeugt, der wiederum ein Ungleichgewicht im
more » ... Ungleichgewicht im lateralen osmotischen Druck verursacht. Dieser Druckunterschied führt dann zu einem grenzflächennahen diffusioosmotischen Fluss. Das lichtaktive Molekül besteht aus einer kationischen Kopfgruppe und einer hydrophoben Kohlenstoffkette, in die die Azobenzolgruppe eingebettet ist. Azobenzol fungiert hier als Lichtschalter, da es mit Licht zwischen einem stabilen trans und einem metastabilen cis Zustand hin- und hergeschaltet werden kann. Nahes UV Licht führt hier zur trans-cis und sichtbares Licht zur cis-trans Isomerisation. Das trans Isomer unterscheidet sich in einigen Eigenschaften vom cis Isomer. So ist z.B. das trans-Isomer langgestreckt und besitzt eine geringe Polarität (verschwindendes Dipolmoment), währenddessen das cis Isomer gebogen ist und ein deutliches Dipolmoment von ca. 3 Debye besitzt. Durch die Integration der Azobenzolgruppe in die hydrophobe Kette des Tensids, bestimmt der Isomerisationszustand des Tensids die Hydrophobizität des gesamten Moleküls: Der trans Zustand ist deutlich hydrophober als der cis Zustand. Dieser Unterschied zeigt sich in den Löslichkeitseigenschaften des Moleküls, der kritischen Mizellenkonzentration sowie des Wechselwirkungspotentials zwischen Molekül und Grenzfläche. Dies kann genutzt werden, um diese Eigenschaften mittels Lichtbestrahlung zu ändern. Wird das Molekül in Wasser gelöst und mit fokussiertem Licht bestrahlt, kann ein isomerer Konzentrationsgradient im Bestrahlungsbereich an der fest-flüssig Grenzfläche erzeugt werden, der wiederum in einem osmotischen Druckgunterschie [...]
doi:10.25932/publishup-48388 fatcat:mhxybznhvjhtjpohbfoqueg5uu