Neue Konzepte zur Kraftmessung mit evaneszenter Lichtstreuung

Durch die fortschreitende Miniaturisierung erlangt die Untersuchung von Kräften, die auf mikro- und nanoskopischen Längenskalen relevant werden, eine immer größere Bedeutung. Die Anwendung gewohnter und intuitiver Konzepte der makroskopischen Mechanik kann jedoch aufgrund des immer vorhandenen thermischen Rauschens zu Fehlern bei der Interpretation von Messdaten führen. Als besonders elegant zu beschreibendes Modellsystem zur Untersuchung dieser Effekte erweist sich dabei die Brownsche Bewegung eines Kolloids vor einer Wand. "Total Internal Reflection Microscopy (TIRM)" ist für diese Geometrie als Messmethode zur Bestimmung der Partikeltrajektorie und der auftretenden Kräfte bestens geeignet. In dieser Arbeit wird erstmals eine Methode entwickelt, welche die Kenntnis der hydrodynamischen Wechselwirkung zwischen Kolloid und Wand ausnutzt, um die Sensitivität und den Anwendungsbereich von TIRM entscheidend zu verbessern. Anschließend wird anhand von hochsensitiven TIRM-Messungen gezeigt, dass der Einfluss des thermischen Rauschens für Kraftmessungen im Femtonewton-Bereich nicht vernachlässigbar ist.

Autorentext

Geboren 28.08.1983 in Ludwigsburg, Studium der Physik an der Universität Stuttgart, seit 2010 Doktorand bei der Robert Bosch GmbH im Bereich Lab-on-a-Chip-Systeme.

Klappentext

Durch die fortschreitende Miniaturisierung erlangt die Untersuchung von Kräften, die auf mikro- und nanoskopischen Längenskalen relevant werden, eine immer größere Bedeutung. Die Anwendung gewohnter und intuitiver Konzepte der makroskopischen Mechanik kann jedoch aufgrund des immer vorhandenen thermischen Rauschens zu Fehlern bei der Interpretation von Messdaten führen. Als besonders elegant zu beschreibendes Modellsystem zur Untersuchung dieser Effekte erweist sich dabei die Brownsche Bewegung eines Kolloids vor einer Wand. "Total Internal Reflection Microscopy (TIRM)" ist für diese Geometrie als Messmethode zur Bestimmung der Partikeltrajektorie und der auftretenden Kräfte bestens geeignet. In dieser Arbeit wird erstmals eine Methode entwickelt, welche die Kenntnis der hydrodynamischen Wechselwirkung zwischen Kolloid und Wand ausnutzt, um die Sensitivität und den Anwendungsbereich von TIRM entscheidend zu verbessern. Anschließend wird anhand von hochsensitiven TIRM-Messungen gezeigt, dass der Einfluss des thermischen Rauschens für Kraftmessungen im Femtonewton-Bereich nicht vernachlässigbar ist.