Auch schon vor der Corona Pandemie waren Atemwegserkrankungen die dritthäufigste Todesursache in der EU. State-of-the-art Therapiemethoden wie ECMO (Extrakorporale Membranoxygenierung) sind durch begrenzte Effizienz und schwere Nebenwirkungen charakterisiert.

In dem neu genehmigten EIC Pathfinder Projekt BioMembrOS (Biomimetic Membranes for Organ Support) wird BiofluidsLab in einem biomimetischen Ansatz versuchen Elemente der Atmung bei Vögeln, die weitaus effizienter ist als die menschliche Atmung, nachzubilden und zu integrieren und damit die Grundlage für effizientere Therapiemethoden mit weniger Nebenwirkungen zu bilden. Übergeordnetes Ziel ist die Entwicklung einer Plattform-Technologie als Kernelement für effiziente Unterstützungssysteme membranbasierter Prozesse im menschlichen Körper.

Das hoch-kompetitive Pathfinder-Programm des EIC (European Innovation Council) unterstützt die Erforschung von kühnen Ideen für radikal neue Technologien. Es fördert interdisziplinäre high-risk/high-gain Projekte in der Spitzenforschung, die technologische Durchbrüche ermöglichen.
Das multidisziplinäre Projekt BioMembrOS wird von der TU Wien koordiniert (Prof. Margit Gföhler, Prof. Michael Harasek), neben der MedUni Wien sind Partner aus Portugal, Italien, Deutschland und Südafrika an dem dreineinhalb Jahre laufenden Projekt beteiligt.

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Kritisch kranke Patienten entwickeln in vielen Fällen eine respiratorische Insuffizienz, bis hin zur schwersten Form, dem akuten Lungenversagen, das mit einer sehr hohen Sterblichkeit verbunden ist. Die mechanische Beatmung ist für viele Patienten lebensrettend, kann aber auch zu einer direkten Schädigung des Lungengewebes führen und zwar durch unphysiologisch hohe Beatmungsdrücke und die Erzeugung von Scher- und Zugkräften, die zu Rupturen und Entzündungsreaktionen an den Grenzflächen der Alveolen führen. Das Konzept der überlagerten Hochfrequenz-Jet-Ventilation (SHFJV) bietet eine Alternative zu weiterem Druckanstieg und dem damit verbundenen Risiko von Komplikationen. Bei der SHFJV handelt es sich um eine druckgesteuerte Beatmungstechnik, bei der zwei Strahlen mit unterschiedlichen Frequenzen gleichzeitig eingesetzt werden. Klinische Studien haben gezeigt, dass die Hochfrequenzbeatmung die Oxygenierung und die Alveolarrekrutierung verbessert, der genaue Wirkmechanismus dieser Technik ist jedoch noch nicht bekannt. Um die Beatmungstechnik weiter zu verbessern, müssen die Eigenschaften des Gasflusses in distalen Lungensegmenten und mögliche Mechanismen, die zu einer schnellen Rekrutierung von Alveolen führen, geklärt werden.

Ziel des HiELuVent-Projekts ist die Modellierung und Analyse des momentanen Gasflusses und Stofftransports von der Trachea zu den Alveolen in einem Mehrskalenmodell unter Verwendung modernster numerischer (CFD) und experimenteller (µ/3D PIV) Methoden. Anschließend wird eine automatisierte Simulationsplattform (digitaler Zwilling - Digital Twin) entwickelt, um die Auswirkungen der Beatmungsparameter der Hochfrequenzstrahlventilation auf das Strömungsverhalten und den Gasaustausch in der Lunge zu untersuchen. Ein GUI (Graphical User Interface) soll es dem Benutzer ermöglichen, auf einfache Weise Randbedingungen (Ventilatoreinstellungen wie Frequenz, Druck, Amplitude) einzugeben und definierte Prozess- und Ausgangsparameter auszuwählen. Einflussgrößen wie Größenverhältnisse, betroffene Lungenareale und aktuelle Lungenmechanik (Compliance, Widerstand) sollen berücksichtigt werden, so dass die Beatmungsmethode an individuelle physiologische Parameter und Krankheitsbilder angepasst werden kann, mit dem Ziel, Schädigungen und Sterblichkeitsraten während der mechanischen Beatmung zu reduzieren.

Ziel dieses Projekts ist es, die Geometrie und die Fließeigenschaften von 3D Strukturen für ein optimales Zellwachstum und die Ernährung von Knochenzellen zu optimieren und die Eigenschaften der optimierten Strukturen in Bezug auf die Gewebereifung und unter klinisch relevanten Belastungsbedingungen zu bewerten.

In diesem Projekt untersuchen wir den Einfluss verschiedener synthetischer Oberflächen auf die Viskosität und Viskoelastizität des Blutes. Diese Bluteigenschaften müssen bei der Entwicklung von kardio-respiratorischen Hilfsmitteln berücksichtigt werden.

Im Rahmen dieses Projekts werden wir unsere bereits vorhandene µPIV-Ausrüstung auf das neueste volumetrische V3V-Flex™-PIV-System von TSI erweitern, das nicht nur planare, sondern auch volumetrische Messungen von Strömungen in Mikrokanälen ermöglicht. Damit werden wir das 3D-Strömungsfeld und die Fluid-Struktur-Wechselwirkung in einer Pumpe-Membran-Vorrichtung, sowie das Strömungsfeld und die Scherspannungsverteilung in einem Gerüst in einem Mikro-Bioreaktor untersuchen.

 

Nach Angaben der WHO haben etwa 2,2 Milliarden Menschen auf der Welt keinen sicheren Zugang zu Trinkwasser. Biofluidslab trägt zu diesem Thema mit der Entwicklung einer mobilen Entsalzungsanlage für Meer- und Brackwasser bei, die auf einem Standardfahrrad montiert ist. Mit diesem Gerät lässt sich selbst beim Radfahren sauberes Trinkwasser aus Meerwasser gewinnen!

Die Sauerstofftherapie mit der High flow nasal cannula (HFNC) hat gegenüber der konventionellen Sauerstofftherapie eine Reihe physiologischer Vorteile, wie z. B. ein geringeres anatomisches Totvolumen, einen niedrigeren Inspirationsdruck und eine relativ konstante Sauerstoffkonzentration im Inspirationsgas (FiO2). Obwohl bisher nur wenige große randomisierte klinische Studien durchgeführt wurden, hat die HFNC als alternative Atemunterstützung für schwerkranke Patienten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zahlreiche veröffentlichte Berichte deuten darauf hin, dass die HFNC die Atemfrequenz und die Atemarbeit sowie die Notwendigkeit einer weiteren Erhöhung der Atemunterstützung bei fortschreitender Erkrankung verringert. Die HFNC kann daher als innovative und wirksame Methode für die frühzeitige Behandlung von Erwachsenen angesehen werden, die an einer Ateminsuffizienz leiden, die durch verschiedene Grunderkrankungen verursacht wird.
Vor dem Hintergrund einer weltweiten Pandemie, die die Kapazitäten der Gesundheitssysteme zu überfordern droht, ist der Einsatz der vorhandenen Geräte jedoch aus zwei Gründen begrenzt. Erstens erlauben die bestehenden Systeme nur die Behandlung von jeweils einem Patienten und zweitens erfordern sie eine unabhängige Sauerstoffversorgung. Daher schlagen wir ein HFNC-Gerät vor, das in der Lage ist, mehrere Patienten mit sauerstoffangereicherter Luft zu versorgen, und das auf einem Membrantrennverfahren basiert, das den Einsatz ohne vorhandene Sauerstoffinfrastruktur ermöglicht.

Hochleistungs-Hohlfasermembranen für Anwendungen in der Biomedizintechnik und Massentrenntechnik.
Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für eine neue Generation von Membranen mit flexibleren Abmessungen und Oberflächenstrukturen unter Verwendung biokompatibler Membranpolymere mit hoher Selektivität.

Ziel des Projekts MILL - "Minimal Invasive Liquid Lung" - ist die Entwicklung eines intravaskulären Membrankatheters für den Gasaustausch im venösen Blut mit einem integrierten Antriebssystem. Membrantechnologie, Strömungsdynamik und biomedizinische Designmethoden werden angewandt, um ein Gerät zu entwickeln, das minimalinvasiv in die Vena cava eingeführt werden kann und mindestens 20 % der metabolischen CO2-Produktion entfernt. Als Neuheit wird flüssiges Perfluorkohlenwasserstoff (PFC) verwendet, um die Faserlumina zu spülen. Durch die Verwendung von flüssigem PFC wird das Risiko einer Gasembolie im Falle eines Lecks vermieden, da PFCs eine hohe CO2-Löslichkeit aufweisen und in klinischen Anwendungen als Blutersatzstoffe verwendet werden.

 

Ziel des Projekts LiquiClear ist die Entwicklung und Erprobung eines intravaskulären Membrankatheters, in dem CO2 aus dem Blut entfernt wird. Als Transportmedium für das CO2 aus dem Körper wird der Blutersatzstoff Perfluorcarbon (PFC) verwendet. Der Membrankatheter verfügt über eine eingebaute Miniaturpumpe, die den Druckverlust ausgleicht und den Blutfluss so steuert, dass er optimal durch die Membran fließt. In einem externen Oxygenator wird das CO2 an die Luft abgegeben.

Das Assistocor-Gerät ist eine winzige Herzkatheterpumpe mit Luftantrieb zur Unterstützung bei vorübergehendem Herzversagen.

• Pumpeneinheit angetrieben durch Mikroturbine, Drehmomentübertragung über Magnetkupplung und hermetische Trennung
• Außendurchmesser des Pumpenrotors 5,05 mm
• Die Pumpendrehzahl wird durch den Heliumfluss durch die Turbine gesteuert, 2,5 L/min gegen 100 mmHg bei ~ 40000 U/min
• Hauptkomponenten 3D-gedrucktes Aluminiumoxid
• Minimal invasive Platzierung

Das IVFA ist ein miniaturisiertes linksventrikuläres Hilfsgerät, das an der Herzspitze befestigt wird und den Druck direkt in der Herzkammer erhöht, um den Blutabfluss in die Aorta zu gewährleisten.
Haupteinsatzgebiet ist die Kardiomyopathie.

Im pulsgesteuerten Modus fördert die Pumpe 3L Blut/min bei 16800 U/min, Druckdifferenz 80 mmHg.

Die Blutpumpe wird von einem kleinen Elektromotor angetrieben, eine Magnetkupplung sorgt für die hermetische Trennung von Motor und blutführenden Teilen.