Biofilmmechanik - Numerische und experimentelle Untersuchung der mechanischen Beanspruchung von Biofilmsystemen

生物膜力学 - 生物膜系统机械应力的数值和实验研究

基本信息

批准号：
182156884
负责人：
Professor Dr.-Ing. Markus Böl
金额：
--
依托单位：
Institut für Partikeltechnik
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2010
资助国家：
德国
起止时间：
2009-12-31 至 2013-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/182156884?language=en
关键词：
Biofilmmechanik Numerische und experimentelle Untersuchung

项目摘要

Biofilme spielen eine wichtige Rolle in Stoffkreisläufen und leisten einen bedeutenden Beitrag in technischen Systemen. Neben erwünschten und für technische Anwendung nützlichen Biofilmen, sind diese an vielen Stellen unerwünscht und beeinträchtigen die Funktionsweise technischer Anlagen bzw. die Produktqualität. Bislang fehlt es an geeigneten Modellen, mit denen sich die mechanische Stabilität sowie die Strukturentwicklung von Biofilmen insbesondere bei Abtragsphänomenen prognostizieren lassen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die die Entwicklung eines auf der Finite-Elemente (FE)- Methode basierenden adaptiven Hybridmodells zur Beschreibung physikochemischer Phänomene (u. a. mechanischer, vorrangig fluiddynamischer Beanspruchungen) von Biofilmen, die u. a. zu Abtragsphänomenen führen und deren Strukturentwicklung entscheidend bestimmen. Die Entwicklung des adaptiven Hybridkonzeptes erfordert die experimentelle Validierung. Dabei kommen mechanische Charakterisierungsmethoden zum Einsatz. Als definiertes Modellsystem sollen Hydrogelfilme aus Polymergelen ohne und mit immobilisierten Zellen eingesetzt werden. Diese Untersuchungen sollen in einem Durchflussbiofilmrohrreaktor, in dem sich gezielte Parametersätze an Prozessvariablen unter definierten Strömungsbedingungen einstellen lassen, durchgeführt werden. Die entwickelten Methoden sollen in einem proof of principle an einem Sphingan-Reinkulturbiofilm aus Sphingomonas pituitosa mit semi-quantitativ charakterisierter EPS-Zusammensetzung getestet werden. Der Ansatz zur Entwicklung einer effizienten Materialformulierung unter Einbindung der Charakterisierung mechanischer Eigenschaften und der experimentellen Validierung durch gezielte Kultivierung gestattet es, die Vorteile eines mikroskopischen Materialmodells mit denen eines phänomenologischen Materialmodells adaptiv zu kombinieren. Weiterhin sollen die Ergebnisse neue Ansätze zur Unterdrückung von Biofouling sowie ein fundierteres Auslegen von technischen Biofilmreaktoren ermöglichen.

生物膜在 Stoffkreisläufen 中是非常重要的，并且在技术系统中也很重要。 bzw。有限元 (FE) - 生物膜的基本自适应混合模型（物理化学现象）（机械、流体动力学）自适应混合方法的实验验证。 Durchflussbiofilmrohrreaktor，在 dem sich gezielte 参数设置和 Prozessvariablen 下定义 Strömungsbedingungen einstellen lassen，durchgeführt werden。半定量特征 EPS-Zusammensetzung getestet werden。材料模型自适应 zu kombinieren。