Bei akutem Lungenversagen muss sofort gehandelt werden. In einer solchen Notfallsituation wird der Patient oft mit einer Herz-Lungen-Maschine beatmet. Dabei wird das Blut in einem Kreislauf au\u00dferhalb des K\u00f6rpers \u00fcber Membranen mit Sauerstoff angereichert und Kohlendioxid abgereichert. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Angewandte Polymerforschung IAP hat neuartige Membranstrukturen entwickelt, die einen schnelleren Gasaustausch erm\u00f6glichen, um die Blutoxygenation f\u00fcr den Erkrankten schonender zu gestalten.<\/b><\/p>\n
Schwerkranke Lungenpatienten, die an akutem Lungenversagen leiden, werden mithilfe eines medizintechnischen Ger\u00e4ts beatmet \u2013 Fachleute bezeichnen diesen Vorgang als extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO), einer Alternative zur klassischen maschinellen Beatmung. Dabei wird Blut \u00fcber eine Kan\u00fcle aus dem K\u00f6rper abgenommen, au\u00dferhalb des K\u00f6rpers mit einem Membran-Oxygenator mit Sauerstoff angereichert, von Kohlendioxid befreit und \u00fcber eine zweite Kan\u00fcle wieder in den Blutkreislauf eingef\u00fchrt. Dieser Vorgang ist f\u00fcr die Betroffenen au\u00dferordentlich belastend und kann nur \u00fcber einen kurzen Zeitraum durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n
Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IAP in Potsdam haben es sich zum Ziel gesetzt, diesen Prozess f\u00fcr Patienten schonender zu gestalten. Im Auftrag der \u00f6sterreichischen Firma CCORE Technology entwickeln sie Membranmorphologien, mit denen sich die Beatmungsunterst\u00fctzung intensivieren l\u00e4sst. Kommerzielle Membranen verf\u00fcgen \u00fcber eine symmetrische Struktur und sind f\u00fcr einen langsamen Sauerstoffaustausch ausgelegt. \u00bbWir konzipieren daher asymmetrische Strukturen, die aufgrund ihrer Eigenschaften einen wesentlich schnelleren Gasaustausch erm\u00f6glichen als konventionelle Membranen\u00ab, sagt Dr.-Ing. Murat Tutu\u015f, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP. \u00bbUnser Alleinstellungmerkmal ist es, aus verschiedenen Polymeren eine gezielte Membranstruktur herstellen zu k\u00f6nnen.\u00ab<\/p>\n
Anders als symmetrische Membranen, die in sich homogen sind, zeichnen sich die asymmetrischen durch ihre inhomogene, uneinheitliche Porosit\u00e4t aus. Zur Trennschicht hin pr\u00e4gen kleine Hohlr\u00e4ume die Struktur, darunter befinden sich gro\u00dfe, nach unten hin offene Hohlr\u00e4ume. Das Gas kann \u00fcber die gro\u00dfen und offenen Hohlr\u00e4ume in die N\u00e4he der Trennschicht schnell konvektiv transportiert werden, wo es anschlie\u00dfend nur einen kurzen Weg langsam diffussiv zur Trennschicht \u00fcber die kleinen Blasen zur\u00fccklegen muss. Anschlie\u00dfend treten die Gase \u00fcber eine ultrad\u00fcnne Schicht in das andere Medium \u00fcber. \u00bbUnsere Membranen weisen eine abgestimmte Struktur aus dem gew\u00fcnschten Membranmaterial auf. So besitzt unsere Membran einerseits eine au\u00dferordentlich hohe Gasdurchl\u00e4ssigkeit und weist eine hohe mechanische Stabilit\u00e4t auf und andererseits ist das Membranmaterial inert und weich zugleich, wie es idealerweise im Kontakt mit Blut sein sollte\u00ab, erkl\u00e4rt der Ingenieur.<\/p>\n
Die Struktur wurde zun\u00e4chst im Standard-F\u00e4llverfahren in Flachmembranen umgesetzt, um sp\u00e4ter eine einfache und kosteng\u00fcnstige Aufskalierung umsetzen zu k\u00f6nnen. Um die gew\u00fcnschte Morphologie zu erzielen, verwendete das Forscherteam sowohl konventionelle als auch unkonventionelle Polymere und passte die Prozessparameter entsprechend an. \u00bbDer Sauerstofftransport wurde unter den vorgegebenen Bedingungen um den Faktor 4 erh\u00f6ht. Dabei zeigten die hergestellten Membranen eine Druckstabilit\u00e4t von mindestens 7 bar, in der Regel aber gr\u00f6\u00dfer 10 bar TMP (Transmembrane pressure)\u00ab, so Murat Tutu\u015f.<\/p>\n
Im n\u00e4chsten Schritt wollen die Forscher die extrakorporale in eine intrakorporale Blutoxygenation \u00fcberf\u00fchren. Das hei\u00dft, die Membran aus Hohlfasern soll so miniaturisiert werden, dass sie sich in der Aorta platzieren l\u00e4sst, die einen Durchmesser von etwa einem Zentimeter hat. \u00bbDie Herausforderung besteht darin, Membranmorphologien zu erzeugen, die \u00fcber eine kleine Oberfl\u00e4che einen sehr hohen Sauerstofftransport gew\u00e4hrleisten k\u00f6nnen\u00ab, sagt Murat Tutu\u015f. \u00dcber Flachmembranen l\u00e4sst sich das nicht realisieren, daher passen der Forscher und sein Team die Struktur an Hohlfasermembranen an. Um dies umsetzen zu k\u00f6nnen, entsteht am Institut in Zusammenarbeit mit dem Kollegen Dr. Andr\u00e9 Lehmann eigens eine Hohlfaserspinnanlage, die Anfang 2020 ihren Betrieb aufnehmen wird.<\/p>\n
Da sich die Membranmorphologien an gew\u00fcnschte Vorgaben anpassen lassen, eignen sich die Trennschichten ebenso f\u00fcr andere medizinische Anwendungen, etwa f\u00fcr die Dialyse oder zur Bestimmung des Blutzuckers. Aber auch der industrielle Einsatz ist denkbar, beispielsweise k\u00f6nnen die Hohlfasermembranen f\u00fcr die Wasseraufreinigung oder als Luftfilter adaptiert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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