Experimentelle Untersuchung roter Blutkörperchen mittels digitaler holographischer Mikroskopie

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Andrea Winzen
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279132993

Die Mikrozirkulation spielt durch die Versorgung der Zellen mit Sauerstoff und den Abtransport von Stoffwechselendprodukten aus den Zellen eine entscheidende Rolle innerhalb des Blutkreislaufs des menschlichen Körpers. Hierbei sind aufgrund ihres hohen Anteils am Gesamtblutvolumen und ihrer Größe die roten Blutkörperchen (Erythrozyten) von besonderer Bedeutung, da sie sich bei angreifenden Scherkräften verformen und abhängig von den entsprechenden Kräften unterschiedliche Bewegungsmuster aufweisen, wodurch das Strömungsverhalten und der Sauerstofftransport zu den Zellen innerhalb des Mikrogefäßsystems stark verändert wird. Dies beeinflusst wiederum die Regelung des durchfließenden Blutvolumens. Zur Therapie von krankhaften Veränderungen im Mikrogefäßsystem ist eine genaue Kenntnis der Änderung des Viskositätsverhalten und des damit verbundenen Durchströmungsverhaltens der Mikrogefäße unerlässlich. Zur Zeit ist es aufgrund des unzureichenden Verständnisses der Zusammenhänge zwischen Viskosität und den geometrischen Eigenschaften bzw. den Bewegungsmustern der Erythrozyten nur sehr eingeschränkt möglich einen zielgerichteten, risikominimierten therapeutischen Einsatz zur effizienten Regulierung der Durchströmung in Mikrogefäßen zu entwickeln. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird mittels digitaler holographischer Mikroskopie (DHM) die drei-dimensionale Bewegung der Erythrozyten in einem Mikrokanal mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung aufgenommen und analysiert werden. Um Rückschlüsse bezüglich der Interaktion zwischen Zellen und dem umgebenden Fluid zu ermöglichen, werden simultan zur Bewegung der Zellen die Geschwindigkeitsverteilungen im Trägerfluid gemessen. Neben der Bewegung soll zusätzlich die Form der Zellen unter verschiedenen geometrischen und strömungsmechanischen Randbedingungen untersucht werden. Hinsichtlich der Strömung wird ihre Geschwindigkeit variiert, während die Anpassung der Geometrie bezüglich des Durchmesserverhältnisses von Zelle zum Gefäß so erfolgen soll, dass ein breites Spektrum an Scherraten bzw. Scherkräften erzeugt und dadurch ein signifikanter Einfluss auf die Bewegung und Form der Zellen erreicht wird. Durch das gewonnene Verständnis der Interaktion zwischen Bewegung und Geometrie können die Ergebnisse somit dazu beitragen, die Grundlage für zukünftige Therapieansätze zur Behandlung pathologischer Zustände in Mikrogefäßsystemen zu erarbeiten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeberin: Professorin Marie Oshima, Ph.D.