Neue Forschungsergebnisse zur viskoelastischen Strömungsdynamik
Theoretisch, experimentell und am Modell untersuchten Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts MICROPULSATILE (Pulsatile viscous and viscoelastic microfluidics) nun pulsierende Schnittstellen, um herauszufinden, wie sich der periodische Antrieb (periodic forcing) auf die viskoelastische Strömung auswirkt. Die Forscher machten bedeutende neue Erkenntnisse zur Flussdynamik des Blutes und entwickelten realistische, detailgetreue Modelle von Gefäßnetzen bei Säugetieren (z.B. Arteria carotis communis, obere Brustaorta und Aortengabelung). Auf diese Weise kann jeder einzelne Parameter im Herz-Kreislauf-System funktionell analysiert werden. Die lokale Netzwerkstruktur im Gefäßsystem ist von großer Bedeutung für die Blutversorgung des Gewebes und vor allem für die Anastomose (Verbindung zwischen zwei anatomischen Strukturen). Untersucht wird derzeit, wie sich Obstruktionen an anatomischen Stellen in der Nähe baumartiger Gefäße auswirken, die das Gewebe umschließen. MICROPULSATILE enthüllte anatomische Stellen im Gefäßnetz, die bei Okklusionen dafür sorgen, dass das Gewebe auch weiterhin ausreichend durchblutet wird. Interessanterweise können kleinste Hindernisse dort die Blutversorgung stärker behindern als größere Okklusionen an anderen Körperstellen. Solche Umgehungskreisläufe (intrinsische Redundanz) sind für ein gesundes Gefäßsystem essentiell. Vor allem in Gehirn und Herz gewährleistet Redundanz die kontinuierliche Durchblutung, wenn Gefäße verstopfen. Nach dem Vorbild der Natur sollen solche Redundanzen nun auch in mikrofluidischen Netzwerken von Geräten geschaffen werden, damit mikrofluidische Systeme auch dann weiterarbeiten, wenn sich Partikelklümpchen oder Blasen bilden. Derzeit wird an Mikrosystemen experimentell untersucht, wie sich die Dynamik an Grenzflächen zwischen zwei Flüssigkeiten beim periodischen Antrieb verhält. Damit könnten die Forschungsergebnisse nicht nur Krebstherapie und Experimentalphysik, sondern auch die Entwicklung von Lab-on-a-Chip-Systemen voranbringen.
Schlüsselbegriffe
Viskoelastisch, Biomedizin, pulsierend, periodischer Antrieb, Modellierung, Gefäße, Anastomose, Mikrofluidik, Lab-on-a-Chip
