MW1827 Mikroskopische Biomechanik

Dieses Modul behandelt mikromechanische Phänomene in Biomaterialien. Ausgehend von der Stabilität einzelner chemischer und physikalischer Bindungen werden zunächst mechanische Eigenschaften einzelner Moleküle und Anwendungen der Balkengleichung auf Biopolymere besprochen. Danach werden die Arbeitsweise molekulare Motoren und deren Mechanismus der Krafterzeugung aufgezeigt, z.B. beim mikroskopischen Materialtransport oder beim Hörvorgang. Ferner werden die mechanischen Eigenschaften von Biomembranen und von Netzwerken aus Biopolymeren werden diskutiert und gezeigt, wie die Natur in diesen Systemen durch die gezielte Kombination von leicht verschiedene Molekülen ein breites Spektrum an Materialeigenschaften erzeugt. Ferner werden Unterschiede in der Mechanik von gesunden und kranken Zellen sowie die Reaktion von Zellen auf die mechanischen Eigenschaften der sie umgebenen Polymere aufgezeigt. Abschließend werden Beispiele aus dem "tissue engineering" diskutiert in dem man versucht künstliche Zell/Polymerverbände für medizinische Anwendungen zu entwickeln.

Nach erfolgreicher Teilnahme an dem Modul können die Studierenden selbständig mechanische Prinzipien auf mikroskopische Prozesse in Biomaterialien anwenden. Sie beherrschen grundlegende Konzepte zur Mechanik von einzelnen Molekülen, Zellen und Zell-Polymerverbänden und sind in der Lage, das mikromechanische Verhalten von verschiedenen Biomaterialien zu bewerten.

Grundkenntnisse in der technischen Mechanik ([MW1937], [MW1938], [MW1939] Technische Mechanik I - III) werden vorausgesetzt. Biologisches und chemisches Grundwissen (Niveau: gymnasiale Oberstufe) wird ebenfalls erwartet.

Das Modul besteht aus einer Vorlesung, in dieser werden die Lernergebnisse mittels Vorträgen, unterstützt durch Präsentationen vermittelt. Die Vorlesungsfolien werden spätestens am Tag vor dem jeweiligen Vorlesungstermin online zum Download zugänglich gemacht, so dass sich die Studierenden während der Vorlesung ergänzende Kommentare in ihre ausgedruckten Folien eintragen können. Ausgewählte Skizzen und Schemata werden als Tafelanschrieb ergänzt. Ferner werden Beispielaufgaben vorgerechnet, und so die behandelten Thematiken vertieft. Fragen zu diesen Aufgaben können, neben weiteren allgemeinen Fragen, an den Dozenten gestellt werden.

Vortrag, Präsentation mit PC, Kurzvideos in englischer Sprache zur Veranschaulichung bzw. Wiederholung bereits behandelter Themen

Die Vorlesungsfolien werden online zum Download bereitgestellt. Vertiefende Fachliteratur zu den jeweiligen Themen wird in der Vorlesung genannt bzw. ist auf den jeweiligen Folien angegeben.

In einer 70-minütigen schriftlichen Klausur weisen die Studierenden nach, dass sie selbständig mechanische Prinzipien auf mikroskopische Prozesse in Biomaterialien anwenden und das mikromechanische Verhalten von verschiedenen Biomaterialien bewerten können.
Es sind keine Hilfsmittel zugelassen.

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.