Rheologie ist die Untersuchung von Fließverhalten und Deformierung von Materialien. Rheologische Eigenschaften, wie Viskosität und Viskoelastizität können durch Deformation in Großproben mit einem mechanischen Rheometer bzw. im Mikromaßstab mit einer optischen Technologie wie Mikrorheologie gemessen werden.

Bei der Mikrorheologie werden die Bewegungen dispergierter Tracerpartikelr bekannter Größe durch dynamische Lichtstreuung (DLS) nachverfolgt und die rheologischen Eigenschaften der Probe über die allgemeine Stokes-Einstein-Beziehung bestimmt. Die DLS-Mikrorheologie ist eine passive Mikrorheologietechnik, bei welcher kolloidale Sondenpartikel nur den thermischen Fluktuationen in einem System im thermodynamischen Gleichgewicht ausgesetzt sind.

Die DLS-Mikrorheologie ist anwendbar für die rheologische Charakterisierung von komplexen Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität und schwacher Struktur wie verdünnte Polymerlösungen und Tensiden bis hin zu konzentrierten Proteinformulierungen. Für diese Materialien bietet Mikrorheologie bedeutende Vorteile:

  • Untersucht sehr hohe Frequenzen, welche für die Charakterisierung von inhärenten, viskoelastischen Reaktionen mit kurzen Zeitskalen notwendig sind. (Wohingegen mechanische Technologien aufgrund Ihrer Massenträgheit prinzipiell beschränkt sind.)
  • Für die rheologische Charakterisierung von Materialien mit begrenztem Probenmengen z. B. proteinbasierte Formulierungen sind Proben im Mikrolitermaßstab ausreichend.

Anwendungen der DLS-Mikrorheologie sind:

  • Rheologische Charakterisierung von therapeutischen Proteinen und biopolymeren Lösungen.
  • Messungen der Viskoelastizität von Proteinlösungen zur Erfassung des Begins von Protein-Protein-Wechselwirkungen und unlöslicher Aggregatsbildung.
  • Formulierungsentwicklung und Screening.
  • Hochfrequenz-Rheologie von verdünnten Systemen in prozessrelevanten Zeitskalen.
  • Überwachung der Ausbildung von Strukturen in komplexen Fluiden in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur, respektive verdünnungsbedinger Zerfall von Strukturen.