Umfang: 3 SWS Vorlesung
Credit points: 5
Dozent: Prof. Dr. Oliver Lieleg
Assistent: Benjamin Winkeljann
Inhalt:
Diese Vorlesung 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 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 jüngste Entwicklungen im Bereich des "tissue engineering" diskutiert, in dem man versucht künstliche Zell/Polymerverbände für medizinische Anwendungen zu entwickeln.

Veranstaltungssprache: Deutsch
Ort und Zeit: Dienstag, Übung 8:30 - 9:30; Vorlesung 9:30 – 11:00, Hörsaal E.126 MSB (vorm. IMETUM )
Zielgruppe: Masterstudium Maschinenwesen, Masterstudium Medizintechnik, Hauptdiplomstudium Maschinenwesen
Prüfungsart: mündlich oder schriftlich

Umfang: 3 SWS Vorlesung
Credit points: 5
Dozent: Prof. Dr. Oliver Lieleg
Inhalt:
Diese Vorlesung behandelt experimentelle Methoden, die zur Charakterisierung der Struktur und Mechanik von Biomaterialien geeignet sind. Zunächst werden abbildende Techniken wie Lichtmikroskopie, Elektronenmikroskopie, Nahfeld- und Raster-Kraft-Mikroskopie besprochen und aufgezeigt, welche Techniken zur Verbesserung des Auflösungsvermögens und des Kontrasts der gewonnenen Bilder verwendet werden damit diese erfolgreich zur Strukturaufklärung von Biomaterialien eingesetzt werden können. In einem zweiten Teil werden makro- und mikroskopische Techniken zur Vermessung von viskoelastischen Materialeigenschaften diskutiert und die entsprechenden Messaufbauten besprochen. Schließlich werden in einem dritten Teil Mikrostrukturierungstechniken diskutiert und aufgezeigt, wie diese in Kombination mit optischen oder mechanischen Methoden z.B. bei der Mikrofluidik zu Zwecken der Sortierung oder Analyse von biologischen Proben zum Einsatz kommen („lab on a chip“).

Veranstaltungssprache: Deutsch/Englisch
Ort und Zeit: Vorlesung: Dienstag, 14:00 – 16:30, Hörsaal CPA EG006A
Zielgruppe: Masterstudium Maschinenwesen (Modul Medizintechnik), Masterstudium Medizintechnik, Hauptdiplomstudium Maschinenwesen
Prüfungsart: mündlich oder schriftlich

Umfang: 2 SWS
Credit points: 3
Dozent: Prof. Dr. Oliver Lieleg
Inhalt:
In dieser Vorlesung wird zunächst der Aufbau von Biomaterialen besprochen. Die Prinzipien der Selbstassemblierung werden an Beispielen des DNA-Origami, der Proteinbiosynthese und der Replikation von Viren verdeutlicht. Diffusion als zentraler Transportmechanismus in Biomaterie sowie die Regulationsmechanismen dieses Mechanismus werden diskutiert und Ladungsabschirmungseffekte durch Elektrolyte werden besprochen. Designprinzipien zum Aufbau selektiver Strukturen werden diskutiert und deren Einsatz zur Schaffung und Aufrechterhaltung von räumlichen Gradienten werden behandelt. Die Prinzipien der elektrischen Signalübertragung in Neuronen – insbesondere die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum rein passiven Ladungstransport in Koaxialkabeln - werden diskutiert. Schließlich werden die von der Natur zur Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie verwendeten molekularen Prinzipien werden verdeutlicht und ausgewählte Beispiele von Biomineralisationsprozessen besprochen.

Veranstaltungssprache: Englisch
Ort und Zeit: Donnerstag, 14 - 15:30 Uhr, Hörsaal MSB (vorm. IMETUM)
Zielgruppe: Bachelor/Masterstudium Maschinenwesen, Masterstudium Medizintechnik
Prüfungsart: schriftlich

Umfang: 3 SWS
Credit points: 5
Dozent: Prof. Dr. Oliver Lieleg
Inhalt:
Diese Vorlesung behandelt Phänomene, die an der Oberfläche von Materialien bzw. an der Grenzfläche zwischen zwei Materialen stattfinden. Zum Beispiel werden die folgenden Themen besprochen: der Benetzungswiderstand von Oberflächen (Superhydrophobizität), anti-adhäsive Oberflächen, Reibung und Schmierung durch wasser-basierte Schmierstoffe, selbst-schmierende Materialien und die Erzeugung und Verhinderung von Abrieb, biologische Klebestrategien, anti-bakterielle Beschichtungen, sich selbst auf- und abbauende Materialien. Ein wesentlicher Teil der Vorlesung ist, dass zu jedem Thema zunächst ein biologisches Vorbild besprochen wird, anhand dessen aufgezeigt wird, wie die jeweilige Materialeigenschaft erreicht werden kann. Im Anschluss an die biologischen Beispiele werden dann künstliche, (semi-)synthetische Materialien diskutiert, deren Entwicklung durch die biologischen Vorbilder inspiriert wurde. Beispiele für technische bzw. medizinische Anwendung von derart bio-inspirierten Materialien schließen hydrophobe Baustoffe (Mörtel, Beton), Wassergewinnungsanlagen aus Nebel, molekulare Beschichtungen für einen erhöhten Tragekomfort von Kontaktlinsen, synthetische Knorpelersatzmaterialien und biologisch inspirierte Pflaster bzw. Wundkleber ein.

Veranstaltungssprache: Englisch
Ort und Zeit: Donnerstag 13:30 - 16:30, Hörsaal E.126 MSB (vorm. IMETUM )
Zielgruppe: Bachelorstudium Maschinenwesen
Prüfungsart: Kurzvortrag und schriftliche Abschlussklausur