Adhäsionskräfte von Mikroplastikpartikeln in Biofilmen

Ein Biofilm besteht aus einer Ansammlung von Mikroorganismen, die durch schleimige extrazelluläre polymere Substanzen miteinander verbunden sind. Mikroplastikpartikel können sich auf den im Gewässerbett befindlichen Biofilmen durch Sedimentationsprozesse ansiedeln und verbleiben wegen der Wirkung von verschiedenen Adhäsionskräften auf den Biofilmen. Die Rasterkraftmikroskopie (AFM) kann verwendet werden, um diese Adhäsionskräfte in einer kontrollierten Laborumgebung zu untersuchen. Bei der Kraftmessung muss die Verformung der Materialoberfläche beim Ziehen (und Gleiten) der Partikel berücksichtigt werden. Es gibt mehrere mathematische Modelle wie das Hertz-Modell, JKR-Modell und DMT-Modell, die darauf abzielen, die Adhäsionskräfte eines Mediums auf ein anhaftendes kugelförmiges Teilchen abzuschätzen. Diese Modelle zeigen eine Abhängigkeit von der Oberflächenverformung und -orientierung, die es weiter zu verfeinern gilt. Das letztendlich entwickelte Modell soll fähig sein, die AFM-Resultate in die unter realistischen Bedingungen wirkenden Adhäsionskräfte zu transferieren, d.h. es soll vorhersagen können, wie die hydrodynamischen Kräfte einwirken müssen, um Mikroplastikpartikel von einem Biofilm abzulösen. Diese Informationen spielen eine wichtige Rolle bei der Untersuchung der Sedimentation im Zusammenspiel mit den hydrodynamischen Kräften, die den gesamten Teilchentransport in aquatischen Systemen beeinflussen.

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Das Forschungsprojekt zu diesem Thema ist eine Kooperation zwischen dem Mathematischen Institut und dem Institut für Integrierte Naturwissenschaften der Universität Koblenz-Landau.