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Warum gibt es ein Superfluid? | EurekAlert! Wissenschaftsnachrichten

Bild: Wenn ein Flüssigkeitsfilm unter einem Mikroskop zerrissen wird, werden offensichtlich viele kleine Tröpfchen ausgestoßen. Diese Aerosole schweben lange in der Luft und spielen … zeigen Mehr

Bildnachweis: Dr. Patricia Pfeiffer, Dr. Fabian Reuter / Uni Magdeburg

Wissenschaftler aus den Fachbereichen Physik, Biomedizin und Verfahrenstechnik der Universität Otto von Gerich in Magdeburg analysieren die Entstehung und Ausbreitung infektiöser Luftblasen in unserem Atem, sogenannte Aerosole, mithilfe von Gewebekulturen und künstlich hergestellten Viren – suspendierten Partikeln.

Ziel des interdisziplinären Projekts, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit knapp 900.000 Euro gefördert wird, ist es herauszufinden, warum das Phänomen der „Superdiffusion“ besteht. Das Forscherteam untersucht die Frage, wie sich Viruspartikel im menschlichen Körper in kleinen Aerosolen ansammeln und welche Mechanismen dazu führen, dass Aerosolpartikel an den Atemwegen anderer Menschen haften bleiben, wo sie explodieren und zu weiteren Infektionen führen. Die Prozessingenieure entwickeln dann Simulationsmodelle, um zuverlässige Vorhersagen über die Aerosolverteilung und -diffusion zu treffen.

Der biomedizinische Wissenschaftler erklärt: „Der Hintergrund für diese wissenschaftlichen Fragen ist, dass bereits viel Wissen über die biologischen Prozesse verfügbar ist, die am eigentlichen Infektionsprozess beteiligt sind. Wir haben also bereits eine genaue Vorstellung davon, wie das Virus zum Menschen gelangt ist Zellen und ihre Reproduktion. “ Prof. Dr. rer. Biol. Hmm. Heike Walles vom Department of Tissue Engineering der Kernanlagen der Universität Magdeburg, wo Forscher menschliche Zellen auf Gerüsten züchten, um biologische 3D-Modelle menschlichen Gewebes zu erstellen. „Was wir jedoch nicht wissen, ist, wie Viren dann in Aerosole umgepackt werden und wie sie unseren Körper verlassen, um andere Menschen zu infizieren“, fährt Professor Wallis fort. Die Beantwortung dieser Fragen erfordert die Einbeziehung einer Vielzahl wissenschaftlicher Disziplinen innerhalb der Universität. „Die große Herausforderung bei diesem spannenden, interdisziplinären Projekt besteht darin, all diese hochkomplexen Einzeltechnologien unter sterilen Arbeitsbedingungen zu kombinieren.“

Zu diesem Zweck wird das Team um den Physiker Professor Klaus Dieter Uhl von der Fakultät für Naturwissenschaften ein Aerosol herstellen, das auf den in der Natur vorkommenden basiert, und es experimentell mit fluoreszierenden Proteinen und anschließend mit Viruspartikeln füllen. Wie die Partikel in der menschlichen Lunge wird eine Reihe von Partikeln unterschiedlicher Größe produziert.

Das Team um den biomedizinischen Wissenschaftler Professor Hayek Wallis implantiert synthetische Gewebemodelle aus verschiedenen Bereichen unserer Atemwege in das Labor sowie röhrenförmige Netzwerke, die aus Polymeren, d. H. Chemischen Molekülen, hergestellt wurden, in unser Kanal-Engineering. Diese künstlichen Atmungsmodelle sind mit Schleimreplikationsproteinlösungen beschichtet, um die physikalischen Bedingungen in den Atemwegen zu simulieren.

Anschließend wird auch die Art und Weise getestet, in der die Aerosole nach dem Anlegen von Hochdruck in Rohrnetzwerke diffundieren, und die Art und Weise, in der biologische Oberflächen anhaften und schließlich explodieren. Die Bewegungen der Aerosole werden von Hochgeschwindigkeitskameras dokumentiert.

Das Team über den jungen Professor Dr. Ing. Fabian Dinner vom Lehrstuhl für Maschinenbau an der Fakultät für Prozess- und Systemtechnik wird Simulationsmodelle mit verschiedenen Daten aus Experimenten füllen und so eine Grundlage für Entscheidungen über die für den experimentellen Ansatz erforderlichen Anpassungen und Änderungen bilden.

„Wenn wir verstehen, wie Aerosole hergestellt werden, wie sie verteilt werden, wann und unter welchen Bedingungen sie explodieren, können wir beispielsweise an Medikamente denken, die die Aerosolbildung in den Atemwegen beeinflussen und verringern. Viren landen in Aerosolen. Prof. First erklärt. Dadurch kann die Ausbreitung hoch ansteckender Viren sehr effektiv reduziert werden. „Wenn wir in der Lage sind, wie geplant die grundlegenden Wirkmechanismen aufzuklären, kann dieser bestehende Prozess auf die weltweite Ausbreitung einer großen Anzahl von Infektionskrankheiten übertragen werden, von Covid-19 bis zur Schweinegrippe“, fügt der biomedizinische Wissenschaftler Professor Hayek Wallis hinzu .

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