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Projekt
B3 Pulsierende Strömungen in der Mikrozirkulation
Antragsteller
Professor Dr. Stephan Gekle
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung seit 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 349558021
Die Mikrozirkulation besteht aus einem Netzwerk kleinster Blutgefäße mit Durchmessern zwischen 5 und 100 Mikrometern. In diesem Bereich eines lebenden Organismus wird die partikuläre Zusammensetzung von Blut am deutlichsten sichtbar. Dies gilt zum einen für die biologische Funktionalität wie Sauerstoffaustausch oder Medikamententransport, zum anderen aber auch für die strömungsmechanischen Eigenschaften. Ein wichtiges Beispiel ist die Entstehung von pulsierenden Strömungen. Diese tritt zum Beispiel dann auf, wenn rote Blutzellen kurzzeitig an Kanalbifurkationen hängen bleiben und dann plötzlich wieder in die Hauptströmung zurück wechseln. Viele solcher Phänomene sind bislang nur unzureichend verstanden.In diesem Projekt benutzen wir Lattice-Boltzmann-Simulationen in enger Kooperation mit experimentellen Projekten, um einerseits die Entstehung von Pulsation in der Mikrozirkulation, andererseits aber auch ihre Konsequenzen für die Dynamik roter Blutzellen an sich zu verstehen. Wir beginnen mit einer einzelnen roten Blutzelle in einem geraden Kanal unter externer pulsierender Strömung. Ausgehend von unseren kürzlichen Arbeiten zusammen mit der Gruppe von Christian Wagner wollen wir untersuchen, ob und wie Pulsation die fragilen dynamischen Bewegungsmuster einer roten Blutzelle wie parachutes oder slipper beeinflussen kann. Anschließend wollen wir untersuchen, wie das Zusammenspiel mehrerer roter Blutzellen in mikrovaskulären Netzwerken, beginnend von einer einfachen Zweipunkt-Bifurkation bis hin zu realistisch modellierten in-vivo Geometrien, zu pulsierenden Strömungsmustern führen kann. Diese Arbeiten werden wir mit in-vitro und in-vivo Experimenten verbinden. Abschließend möchten wir verstehen, wie Margination, also die Migration von steifen Partikeln/Zellen zur Kanalwand, durch pulsierende Strömung beeinflusst werden kann. Langfristig wollen wir auch den Einfluss der Glycocalix, einer dünnen Polymerschicht am Rande von Blutgefäßen, untersuchen. Besonders unter pulsierender Strömung erwarten einen wesentlichen Einfluss auf die Zelldynamik.Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, ein systematisches mechanistisches Verständnis des Zusammenspiels zwischen pulsierender Strömung und der Dynamik von roten Blutzellen in der Mikrozirkulation zu erreichen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
