Page 12 - ITM Jahresbericht 2020

Jahresbericht 2020

a

b

c

d
830 Hz 770 Hz 770 Hz 770 Hz
7500 nm/Pa 8000 nm/Pa 9800 nm/Pa 12200 nm/Pa

Abb. 3: Simulation unterschiedlicher Muster der vorkristallisierten Filamente (a) mit den dazugehörigen Auslenkungen
(b) und Dehnungsverläufen (c) sowie Frequenz und Amplitude der ersten Resonanz (d) / Simulation of various patterns
of precrystallized fibers (a) with corresponding membrane displacement (b) and strain patterns (c) as well as frequency and
amplitude of first resonance (d)

Simulationsgestützte Fertigung biomimeti- nen wurden mit Hilfe der Laser-Doppler-Vibrometrie
scher Ersatzmembranen (LDV) die realen Schwingungseigenschaften ermit-
telt (Abb. 4b) [1]. Zusätzlich wurden auch die mecha-
Neben der Fertigungstechnologie wurden im Pro- nischen und biologischen Eigenschaften bestimmt.
jekt auch die Voraussetzungen für eine simulative Die Ergebnisse zeigen, dass mit den Entwicklungen
Vorhersage der Eigenschaften der biomimetischen im Projekt biomimetische Ersatzmembranen reali-
Ersatzmembranen in Abhängigkeit von den Spinn- sierbar sind, die sowohl die Schwingungseigenschaf-
parametern (Spannung, Spinnlösungskonzentrati- ten als auch das mechanische Eigenschaftsprofil des
on, Arbeitsabstand) und der Gestaltung des Kollek- menschlichen Trommelfells hervorragend abbilden.
tors geschaffen. Mit Hilfe dieses Simulationsmodells Darüber hinaus sind die Eigenschaften der biomi-
wurde z. B. ermittelt, dass die schachbrettartige metischen Ersatzmembranen durch die Gestaltung
Anordnung der vorkristallisierten Filamente in den der Kollektoren und Anpassung der Spinnparameter
biomimetischen Ersatzmembranen die beste Kombi- flexibel einstellbar. Ergebnisse parallel durchgeführ-
nation aus Herstellbarkeit und resultierenden akus- ter Zellkulturversuche zeigen keine Zytotoxizität der
to-mechanischen Eigenschaften darstellt (Abb. 3). eingesetzten Materialien [3].

Das entwickelte und validierte Simulationsmodell Abschließend wurden die entwickelten und aus-
der biomimetischen Ersatzmembran wurde im führlich charakterisierten Ersatzmembranen in ein
nächsten Schritt in ein Modell zur Simulation des menschliches Explantat des Felsenbeins implan-
Mittelohres integriert (Abb. 4a) [2]. Das erlaubt die tiert und in einer reellen biologischen Umgebung
simulative Bewertung der biomimetischen Ersatz- die Schwingungseigenschaften bestimmt (Abb. 5).
membran unter realistischen Umgebungsbedin- Die Ergebnisse dieser Untersuchungen mit unter-
gungen. Mit Hilfe dieses Modells wurden nun diver- schiedlich großen Trommelfellperforationen zeigt
se strukturelle Konfigurationen der Ersatzmembran die Abbildung 6. Die Perforation des Trommelfells
auf ihre Tauglichkeit hin überprüft, vielversprechen- führt abhängig von der Größe zu unterschiedlich
de Konfigurationen ausgewählt und entsprechend ausgeprägten Verlusten der Schwingungsamplitu-
hergestellt. An den biomimetischen Ersatzmembra- de. Beginnend mit einem halb perforierten Trom-

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