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TU-Forscher Mario Scholze setzte sich unter 179 Einreichungen beim international renommierten “ZwickRoell Science Award” durch – Innovatives Verfahren zur erleichteten Material-Prüfung biologischen Gewebes entwickelt - Einfache Herstellung im 3D Drucker
Am 11. November 2020 fand die diesjährige Verleihung des „ZwickRoell Science Awards“ statt. Die Auszeichnung wird seit 2010 jährlich im Rahmen der Veranstaltung „Academia Day“ des Werkstoffprüfungs-Unternehmens ZwickRoell verliehen – in diesem Jahr als digitale Veranstaltung. Der Preis ist weltweit ausgeschrieben und eine der wichtigsten Auszeichnungen für Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler mit herausragenden wissenschaftlichen Arbeiten zur mechanischen Prüfung.
In diesem hoch kompetitiven Verfahren setzte sich Mario Scholze, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Werkstoffwissenschaft (Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Franz-Xaver Wagner) der Technischen Universität Chemnitz, durch. Er erhielt die Auszeichnung für die beste Forschungsarbeit und behauptete sich damit gegen 179 weitere eingereichte Artikel. Scholze erhielte den Award für seine Forschung zur „Utilization of 3D printing technology to facilitate and standardize soft tissue testing“. Die Arbeit ist bei Springer Nature Research als Open-Access-Journal erschienen.
Die Plätze zwei und drei belegten Dr. Edoardo Rossi von der Carinthia University of Applied Sciences (Österreich) und Dr. Raphaël Michel von der Universität Mines ParisTech (Frankreich).
Internationale Kooperation – Prüfung von menschlichem Körpergewebe
Die prämierte Studie entstand in einer internationalen Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der University of Otago (Neuseeland), der Universitätsklinik Leipzig, der Auckland University of Technology (Neuseeland) und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden.
Bereits von Januar 2017 bis März 2018 knüpfte Mario Scholze internationale Kontakte und forschte an der University of Otago in Dunedin (Neuseeland). Im Rahmen dieses Forschungsaufenthaltes beschäftigte er sich mit der mechanischen Prüfung von Geweben aus dem menschlichen Körper. Erkenntnisse zum mechanischen Verhalten humaner Gewebe können zur Entwicklung besserer Implantate und biokompatibler Ersatzwerkstoffe beitragen. Allerdings ist die mechanische Prüfung dieser Materialien besonders anspruchsvoll: Während gängige Werkstoffe wie Metalle oder Kunststoffe unter genormten Bedingungen und mit standardisierten Probenformen, zum Beispiel im Zugversuch, geprüft werden können, gibt es für die mechanische Prüfung von biologischem Gewebe keine Normung. Eine große Herausforderung bei der mechanischen Prüfung von Weichgeweben entsteht außerdem durch Probleme bei der Klemmung und Einspannung, da die Proben bei mechanischer Belastung aus der Einspannung rutschen oder bereits vor der eigentlichen Prüfung durch zu hohe Klemmkräfte beschädigt werden können.
Bisherige Methoden zur Minimierung des Materialschlupfs, wie die partielle Plastination der Gewebe an den Einspannungen oder eine Klemmung durch partielles Gefrieren, erfordern eine aufwändige und zeitintensive Vorbereitung der Proben. Erschwerend hinzu kommt eine genaue Positionierung in der Prüfmaschine. Bereits die Präparation kann zu einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften durch vorangegangene Dehydrierung oder Alterung der Gewebe führen.
Die prämierte Studie setzt genau an diesen Punkten an und ermöglicht mit einer neuartigen Technik die einfache und schnelle Präparation der Proben vor der Prüfung, eine genaue Positionierung in der Prüfmaschine und eine sichere Einspannung der Gewebe. Eine zentrale Besonderheit stellen zudem die genutzten Klemmbacken und die Hilfsmittel zur Probenpräparation dar: sie wurden mit einem handelsüblichen 3D-Drucker aus kommerziellen Kunststoffen im FDM-Verfahren (engl. Fused Deposition Modelling, Schmelzschichtung) hergestellt und können somit sehr einfach von Forschergruppen auf der ganzen Welt reproduziert werden. Das modulare System wurde bereits für die mechanische Prüfung von mehreren Weichgewebstypen in weiteren Studien eingesetzt und wird fortlaufend weiterentwickelt.
Mario Scholze, Tel. +49 371 531-31594, E-Mail mario.scholze@mb.tu-chemnitz.de
Mario Scholze et al.: „Utilization of 3D printing technology to facilitate and standardize soft tissue testing“. Scientific Reports volume 8, Article number: 11340 (2018).
Mario Scholze erhielt eine Auszeichnung für seine Entwicklung.
Foto: Steffen Clauß
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