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Physik: Humboldt-Forschungsstipendiat an der HHU
Aktive Materialien verstehen

Der 29-jährige italienische Nachwuchsphysiker Dr. Lorenzo Caprini forscht als Alexander von Humboldt-Stipendiat am Institut für Theoretische Physik II der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU). Im Rahmen seines Forschungsstipendiums will er zusammen mit Prof. Dr. Hartmut Löwen sogenannte aktive Materialien untersuchen, die vielfältige Anwendungen unter anderem in der Medizin haben können.

 

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Der italienische Physiker Dr. Lorenzo Caprini forscht seit Oktober 2021 als Alexander von Humboldt-Forschungsstipendiat an der HHU. (Fotos: HHU / Tizian Machtolf)

„Aktive Materialien“ sind ein interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet an der Schnittstelle zwischen Physik, Biologie und Chemie. Sie bieten vielfältige technische Anwendungsperspektiven, wie zum Beispiel „intelligente Werkstoffe“ – die aktiv auf ihre Umgebung reagieren können, zum Beispiel bei Temperaturveränderungen – und Mikromotoren. Bei Letzteren wären unter anderem Einsatzfelder in der Medizin denkbar, von der mikroskopischen Verabreichung von Medikamenten genau im betroffenen Gewebe bis hin zur aktiven Eindämmung von Krebszellen.

Eine Frage in diesem Feld ist, wie sich sogenannte Mikroschwimmer verhalten. In der Natur gibt es zahlreiche Beispiele wie Bakterien oder Spermien, in der technischen Anwendung zählen aktive Kolloide dazu. Versteht man deren statistische Eigenschaften, so kann möglicherweise auch ein kollektives Verhalten solcher Teilchen erklärt werden.

In den kommenden zwei Jahren wird sich Dr. Lorenzo Caprini in Düsseldorf diesem Themenfeld widmen. Sein besonderer Fokus: die Auswirkung von Unordnung auf aktive Materie in komplexen Umgebungen. Ein konkretes Szenario: Die Bewegung von Bakterien im menschlichen Magen. Der Magen stellt eine viskoelastische Umgebung dar, gebildet von Schleimhäuten und angefüllt mit anderen, zufällig angeordneten Mikroorganismen. Dieses Umfeld beeinflusst das Verhalten der Bakterien, was wiederum für kollektive Effekte verantwortlich sein kann.

Caprini umreißt seinen Hauptuntersuchungsgegenstand folgendermaßen: „Ich möchte an der HHU theoretische, durch numerische Simulationen unterstützte Methoden entwickeln, um die Entstehung neuer kollektiver Effekte vorherzusagen, die sich aus dem Zusammenspiel von Unordnung und Nicht-Gleichgewichtsaktivität ergeben. Zu erwarten ist, dass sich wandernde Cluster bilden, die zu verbesserten Diffusionseigenschaften oder unerwarteten räumlichen Geschwindigkeitskorrelationen führen können.“

Institutsleiter Prof. Löwen: „Die Forschungsarbeiten von Lorenzo Caprini zeigen, wie mit zunächst einmal sehr theoretisch anmutenden Ansätzen Aussagen in sehr lebensnahen Gebieten möglich sein können. Wir hoffen, hiermit möglicherweise auch Impulse für die medizinische Forschung zu geben.“

Zur Person

Lorenzo Caprini (geb. 1992 in Rom) studierte Physik an der Sapienza-Universität in Rom (Bachelor 2014, Master 2016) und promovierte 2019 mit der Arbeit „Statistical Mechanics of Self-Propelled Systems“ am Gran Sasso Science Institute in L’Aquila. Bis 2021 arbeitete er anschließend als Postdoktorand an der Universität von Camerino in der Region Marche in Mittelitalien. Im Oktober 2021 nahm er ein zweijähriges Forschungsfellowship der Alexander von Humboldt-Stiftung an der HHU auf.  

Dr. Caprinis Forschungsgebiet als theoretischer Physiker sind die „aktiven Materialien“. Er untersucht unter anderem das Verhalten von Mikroschwimmern und -partikeln und will sie statistisch beschreiben. Er veröffentlichte bisher 27 Paper in wissenschaftlichen Zeitschriften, häufig als Erstautor und unter anderem in Physical Review und in den Scientific Reports. Er erhielt für seine Forschungen eine Reihe von wissenschaftlichen Preisen und Stipendien, zuletzt das Forschungsstipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung für seinen Aufenthalt in Düsseldorf.

Humboldt-Forschungsstipendien

Die Alexander von Humboldt-Stiftung ermöglicht jährlich über 2.000 Forscherinnen und Forschern aus aller Welt einen wissenschaftlichen Aufenthalt in Deutschland. Zu den Instrumenten der Stiftung gehören unter anderem die Humboldt-Forschungsstipendien, die an jährlich über 500 promovierte Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus dem Ausland vergeben werden. Diese können damit ein langfristiges Forschungsvorhaben im Rahmen einer selbst gewählten Arbeitsgruppe an einer deutschen Universität oder Forschungseinrichtung realisieren.

Weitere Informationen: Webseiten der Alexander von Humboldt-Stiftung

Autor/in:
Kategorie/n: Schlagzeilen, Pressemeldungen, Math.-Nat.-Fak.-Aktuell, Forschung Personalia
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Dr. Lorenzo Caprini (links) arbeitet an der HHU am Institut für Theoretische Physik mit Prof. Dr. Hartmut Löwen.

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