Projektdaten

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Adaptive isogeometrische dreidimensionale Phasenfeldmodellierung zur morphologischen Evolution von Lipid-Doppelschichten in Wechselwirkung mit Strömungsfeldern und elektrischen Feldern

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Die Verwendung von elektrischen Feldern als Stimulus ist eine wirksame Technik zur Manipulation des Vesikelverhaltens in einer Vielzahl von biotechnologischen Anwendungen. Beispielsweise wurde Elektroporation zur Zellmanipulation und Krebsbehandlungen eingesetzt. Elektrische Felder wurden ebenso als leistungsfähiges Zellmanipulationsverfahren zur Gewebeablation, Wundheilung, Elektroformation und Elektrofusion von Riesenvesikeln ausgenutzt. Diese Anwendungen haben theoretische Studien über die Elektrohydrodynamik von Vesikeln motiviert, welche ein besseres Verständnis über Membranreaktionen unter Einwirkung elektrischer Felder und Strömungsfelder versprechen. Die Problemstellung wird bei mehrkomponentigen Vesikeln aufgrund der Kopplung der Phasentrennungsdynamik und Elektrohydrodynamik noch komplizierter. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein dreidimensionales Modell zur morphologischen Entwicklung von ein- und mehrkomponentigen Lipidmembranen unter gekoppelten Strömungsfeldern und elektrischen Feldern zu implementieren. Dafür soll ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell von mehrkomponentigen Vesikeln unter dem Einfluss von intra- und extrazellulären Flüssigkeiten entwickelt werden, welches die Phasentrennungsdynamik, das sog. 'Budding' und 'Fission' (Spaltung) sowie die Vesikel-Hydrodynamik koppelt. Dieses Modell soll Adsorptions-/Desorptionsprozesse an der Membran und den Transport krümmungsinduzierenden Moleküle in das Fluid und von der Membran berücksichtigen. Ebenso ist eine Erweiterung des Phasenfeldmodells auf Vesikel-Elektrohydrodynamik angedacht, um Effekte der Fluidströmung und elektrischen Feldern auf die Vesikel zu erfassen.