Refine
Has Fulltext
- yes (2) (remove)
Document Type
- Doctoral Thesis (1)
- Postprint (1)
Is part of the Bibliography
- yes (2)
Keywords
- viscoelasticity (2) (remove)
Institute
We study origin, parameter optimization, and thermodynamic efficiency of isothermal rocking ratchets based on fractional subdiffusion within a generalized non-Markovian Langevin equation approach. A corresponding multi-dimensional Markovian embedding dynamics is realized using a set of auxiliary Brownian particles elastically coupled to the central Brownian particle (see video on the journal web site). We show that anomalous subdiffusive transport emerges due to an interplay of nonlinear response and viscoelastic effects for fractional Brownian motion in periodic potentials with broken space-inversion symmetry and driven by a time-periodic field. The anomalous transport becomes optimal for a subthreshold driving when the driving period matches a characteristic time scale of interwell transitions. It can also be optimized by varying temperature, amplitude of periodic potential and driving strength. The useful work done against a load shows a parabolic dependence on the load strength. It grows sublinearly with time and the corresponding thermodynamic efficiency decays algebraically in time because the energy supplied by the driving field scales with time linearly. However, it compares well with the efficiency of normal diffusion rocking ratchets on an appreciably long time scale.
Physikalische Hydrogele gewinnen derzeit als Zellsubstrate zunehmend an Interesse, da Viskoelastizität oder Stressrelaxation ein bedeutender Parameter in der Mechanotransduktion ist, der bisher vernachlässigt wurde. In dieser Arbeit wurden multi-funktionelle Polyurethane entworfen, die über einen neuartigen Gelierungsmechanismus physikalische Hydrogele bilden. In Wasser bilden die anionischen Polyurethane spontan Aggregate, welche durch elektrostatische Abstoßung in Lösung gehalten werden. Eine schnelle Gelierung kann von hier aus durch Ladungsabschirmung erreicht werden, wodurch die Aggregation voranschreitet und ein Netzwerk ausgebildet wird. Dies kann durch die Zugabe von verschiedenen Säuren oder Salzen geschehen, sodass sowohl saure (pH 4 - 5) als auch pH-neutrale Hydrogele erhalten werden können. Während konventionelle Hydrogele auf Polyurethan-Basis in der Regel durch toxische isocyanat-haltige Präpolymere hergestellt werden, eignet sich der hier beschriebene physikalische Gelierungsmechanismus für in situ Anwendungen in sensitiven Umgebungen. Sowohl Härte als auch Stressrelaxation der Hydrogele können unabhängig voneinander über einen breiten Bereich eingestellt werden. Darüberhinaus zeichnen sich die Hydrogele durch exzellente Stressregeneration aus.