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Directing the transport of active particles using magnetic nanoparticles in an applied field
Martin Kaiser
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Sofia Kantorovich
Mitbetreuer*in
Pedro Sánchez
DOI
10.25365/thesis.53187
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23862.14338.288974-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mikroskopische aktive Schwimmer, wie selbst-angetriebene Zellen und Mikroorganismen oder künstlich erzeugte schwimmende Kolloide und Nanomo- toren, erfuhren in den letzten Jahren ein steigendes Interesse durch ihre Relevanz in der Biologie, Biomedizin, Nanowissenschaft und Nanotechnologie. Ein häufiges Ziel bei der Erforschung aktiver Mikropartikel ist es, eine hohe externe Kontrolle dieser Systeme zu erreichen. Künstlich erzeugte aktive Teilchen können so gebaut werden, dass dies leicht möglich ist, jedoch trifft dies nicht auf Zellen und Mikroorganismen zu. Durch Computer-Simulationen legen wir theoretisch die Möglichkeit dar, die Bewegung eines generischen aktiven Schwimmers durch Zugabe viskoelastischer ferromagnetischer Nanoteilchen in die Trägerflüssigkeit, zu beeinflussen. Diese sind dafür bekannt sich unter einem extern angelegten Magnetfeld zu Ketten anzuordnen und somit eine anisotrope Struktur hervorzurufen. Wir untersuchen den Einfluss dieser Struktur auf die Bewegung eines aktiven Schwimmers und zeigen, dass dieser sich entlang der Ketten und somit entlang der Richtung des angelegten Feldes bewegen. Abhängig von der Größe des aktiven Teilchens, kann so der Transport durch Veränderung der ferromagnetischen Teilchendichte optimiert werden.
Abstract
(Englisch)
Microscopic active particles, including self-propelled cells and microorganisms, artificial swimming colloids and nanomotors, have gained a lot of attention due to their relevance in such important fields as biology, biomedicine, nanoscience and nanotechnology. One important aspect in systems of microscopic active particles is to reach an effective external control of their motion. Whereas artificial active particles can be designed to allow such an external control, this feature is difficult to realise for self-propelled cells and microorganisms. By means of extensive computer simulations, we explore theoretically the possibility to control the main direction of motion in a dispersion of generic microscopic active particles by adding to the carrier fluid a viscoelastic bath of ferromagnetic nanoparticles that are known to self-assemble in chains under the influence of external magnetic fields, creating an anisotropic environment with a preferred axis defined by the field direction. We study the influence of the field-assembled structures of nanoparticles on the motion of the active particles, characterising the conditions that provide a higher control of the system. We show that an active particle tends to move along the channels built by chains of ferroparticles and that, depending on the size ration between active and magnetic particles, one can tune the transport efficiency (the ratio of diffusion coefficients parallel and perpendicular to the magnetic field direction) by changing the ferroparticle concentration.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
active matter ferrofluid dipolar soft matter
Schlagwörter
(Deutsch)
aktive Materie Ferrofluid dipolare weiche Materie
Autor*innen
Martin Kaiser
Haupttitel (Englisch)
Directing the transport of active particles using magnetic nanoparticles in an applied field
Paralleltitel (Deutsch)
Steuerung des Transports aktiver Teilchen durch magnetische Nanoteilchen in einem angelegten Feld
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
67 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sofia Kantorovich
Klassifikation
33 Physik > 33.00 Physik: Allgemeines
AC Nummer
AC15275914
Utheses ID
47002
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |