Mikromechanik von Lamellenknochen

01.03.2007 - 31.10.2011
Forschungsförderungsprojekt
Metabolische Knochenkrankheiten und die verbundenen Frakturen verursachen bedeutende Morbidität und Mortalität unter der älteren Bevölkerung. Diese Krankheiten stellen eine wesentliche und wachsende Belastung unseres westlichen Gesundheitssystemen dar, wogegen man vorgehen muss. Obwohl der Effekt des Knochenverlustes auf die Knochenfestigkeit immer besser verstanden wird, bleiben die Konsequenzen des geänderten Knochenumbaus sowie die Auswirkungen von Medikamenten auf die mechanischen Eigenschaften der extrazelluläre Knochenmatrix unklar. In diesem Zusammenhang ist das Ziel dieses Projektes die Beziehung zwischen morphologische und mechanische Eigenschaften von der extrazelluläre Knochenmatrix zu quantifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine duale Modellierung und experimentelle Strategie vorgeschlagen die die folgende Techniken auf der Stufe von einzelnen und mehreren Lamellen anwenden: Homogenisierung, um effektive elastische Konstanten zu rechnen, quantitatives ¿backscattered electron imaging¿ (qBEI), um den durchschnittlichen Mineralisierungsgrad festzusetzen, quantitative Polarisationslichtmikroskopie (qPLM), um die durchschnittliche Ausrichtung der Kollagenfasern zu messen und Indentation entlang verschiedenen Richtungen, um die anisotropische Indentationsmodule vom betrachtenden repräsentativen Volumenelement zu messen. Über den innovativen Aspekt der qPLM Technik, die beispiellose Kombination der Modellierung mit experimentellen Methoden auf lamellaren Stufe und das gewonnene Grundwissen über Mechanik des Knochengewebes, wird dieses Projekt erste Werkzeuge liefern, um die Variationen in mechanischen Eigenschaften der menschlichen extrazellulären Knochenmatrix aus messbaren morphologischen Daten vorauszusagen. Diese Werkzeuge werden dann erlauben die biomechanische Konsequenzen von metabolischen Krankheiten zu evaluieren und zukünftig das Gesundheitssystem entlasten sowie verbesserte Behandlung von Patienten ermöglichen. Das Projekt wird zwei Dissertanten in Ingenieurwissenschaften ausbilden, eine nationale Kooperation mit dem Ludwig Boltzmann Institut für Osteologie sowie eine internationale Kooperation mit dem Max Planck Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung fordern und das letztlich eingeweihte Laboratorium für Nano- und Mikromechanik von biologischen und biomimetischen Werkstoffen der Technische Universität Wien nutzen.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Biological and Bioactive Materials: 40%
  • Computational System Design: 10%
  • Materials Characterization: 10%
  • Modeling and Simulation: 40%

Schlagwörter

DeutschEnglisch
BiomechanikBiomechanics
KnochenBone
HomogenisierungHomogeneization
Mikromechanikmicromechanics
NanoindentationNanoindentation

Externe Partner_innen

  • Max Planck Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
  • Ludwig Bolzmann Inst.f Osterologie, UKH Meidling

Publikationen