{"id":1681,"date":"2022-01-10T12:11:16","date_gmt":"2022-01-10T11:11:16","guid":{"rendered":"https:\/\/linmot.com\/de\/?p=1681"},"modified":"2023-08-07T16:59:03","modified_gmt":"2023-08-07T14:59:03","slug":"covid-19-linearmotor-als-kuenstliche-lunge-bei-maskentests","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/linmot.com\/de\/blog\/covid-19-linearmotor-als-kuenstliche-lunge-bei-maskentests\/","title":{"rendered":"COVID-19: Linearmotor als k\u00fcnstliche Lunge bei Maskentests"},"content":{"rendered":"<p><strong>Biofluidforscher pr\u00fcfen Schutzwirkung von Masken: Medizinische Mund-Nase-Masken k\u00f6nnen helfen, die Ausbreitung des COVID-19-Virus zu verringern. Einfache zus\u00e4tzliche Ma\u00dfnahmen erh\u00f6hen die Schutzwirkung hierbei nochmals deutlich. Das haben systematische und reproduzierbare Untersuchungen der OTH Regensburg mit Hilfe eines Lungensimulators best\u00e4tigt, der mit <a href=\"https:\/\/linmot.com\/de\/die-produkteuebersicht-von-linmot-und-magspring\/\">Linearmotoren von LinMot<\/a> arbeitet. Letztere haben dazu beigetragen, dass die Forscher den Testaufbau innerhalb weniger Tage erstellen und mit den Testreihen beginnen konnten.<\/strong><\/p>\n<hr \/>\n<p style=\"text-align: center;\">\n<div class=\"brlbs-cmpnt-container brlbs-cmpnt-content-blocker brlbs-cmpnt-with-individual-styles\" data-borlabs-cookie-content-blocker-id=\"youtube-content-blocker\" data-borlabs-cookie-content=\"PGlmcmFtZSB0aXRsZT0iWW91VHViZSB2aWRlbyBwbGF5ZXIiIHNyYz0iaHR0cHM6Ly93d3cueW91dHViZS1ub2Nvb2tpZS5jb20vZW1iZWQvVWp0Q3RpUll0aUkiIHdpZHRoPSI1NjAiIGhlaWdodD0iMzE1IiBmcmFtZWJvcmRlcj0iMCIgYWxsb3dmdWxsc2NyZWVuPSJhbGxvd2Z1bGxzY3JlZW4iPjwvaWZyYW1lPg==\">\n<div class=\"brlbs-cmpnt-cb-preset-c brlbs-cmpnt-cb-youtube\">\n<div class=\"brlbs-cmpnt-cb-thumbnail\" style=\"background-image: url('https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/borlabs-cookie\/2\/yt_UjtCtiRYtiI_hqdefault.jpg')\"><\/div>\n<div class=\"brlbs-cmpnt-cb-main\">\n<div class=\"brlbs-cmpnt-cb-play-button\"><\/div>\n<div class=\"brlbs-cmpnt-cb-content\">\n<p class=\"brlbs-cmpnt-cb-description\">Sie sehen gerade einen Platzhalterinhalt von <strong>YouTube<\/strong>. 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Lars Krenkel den Rauch deutlich sichtbar, der unter den R\u00e4ndern einer medizinischen Mund-Nase-Maske entweicht. Er besteht aus Partikeln von 200 nm bis 2 \u03bcm und eignet sich damit zur Modellierung der Aerosole, die von Menschen ausgeatmet werden. Besonders stark tritt der Rauch im Test oberhalb der Wangen und seitlich der Nasolabialfalten des verwendeten Dummies aus. Das legt nahe: Medizinisches Personal wie Rettungssanit\u00e4ter oder An\u00e4sthesisten, die sich l\u00e4ngere Zeit oberhalb oder unmittelbar neben dem Kopf eines erkrankten Patienten aufhalten, setzen sich dadurch der Gefahr einer Ansteckung aus, selbst wenn der Patient eine solche Maske tr\u00e4gt. \u201eEinen 100%-Schutz k\u00f6nnen Masken grunds\u00e4tzlich schon wegen m\u00f6glicher Anwendungsfehler nicht bieten. Trotzdem w\u00e4re es falsch, ihnen eine Schutzwirkung komplett abzusprechen\u201c, sagt Prof. Krenkel, der an der Fakult\u00e4t Maschinenbau der OTH Regensburg das Lehr- und Forschungsgebiet Biofluidmechanik leitet. \u201eMit einfachen Optimierungsma\u00dfnahmen l\u00e4sst sich bei den medizinischen Mund-Nase-Masken bezogen auf Aerosole eine R\u00fcckhalterate von bis zu 85 % und bezogen auf Tr\u00f6pfchen von etwa 95% erreichen und damit die Schutzwirkung deutlich erh\u00f6hen.\u201c<\/p>\n<p><strong>Kontaminierte Aerosole potenziell gef\u00e4hrlicher<\/strong><br \/>\nEpidemiologien legen bei der Betrachtung der Infektionswege besonderes Augenmerk auf die Aerosole, weil sie lungeng\u00e4ngig sind und sich durch Konvektion lange in der Luft halten k\u00f6nnen. Unter Aerosolen werden Partikel in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von etwa 100 nm bis zu 5 \u03bcm verstanden. Sie dringen bis in die Bronchien vor und k\u00f6nnen dort, wenn sie virenbelastet sind, Lungenentz\u00fcndungen ausl\u00f6sen. Teilchen im Bereich von 5 bis 10 \u03bcm gelangen dagegen maximal bis zur Stimmritze. Gr\u00f6\u00dfere Tr\u00f6pfchen bis etwa 100 \u03bcm scheiden sich sogar schon in der Nase oder im Rachen ab und verursachen so in der Regel nur leichte Krankheitsverl\u00e4ufe. Sie unterliegen den Gesetzen der Ballistik und k\u00f6nnen sich nicht \u00fcber l\u00e4ngere Strecken (etwa nur 1,5 m) in der Luft halten. Die Gefahr, die von kontaminierten Tr\u00f6pfchen ausgeht, wird daher insgesamt als gering bzw. einfacher beherrschbar eingesch\u00e4tzt. Partikel ab einer Gr\u00f6\u00dfe von 100 \u03bcm k\u00f6nnen unter normalen Umst\u00e4nden gar nicht erst eingeatmet werden. Um alle relevanten \u00dcbertragungswege von Partikeln abzudecken, untersucht das Team von Prof. Krenkel die Ausbreitungsmechanismen sowohl von Aerosolen als auch von Tr\u00f6pfchen unter m\u00f6glichst realistischen Bedingungen: \u201eDer Fokus unserer Forschungsarbeit in Zusammenarbeit mit den Unikliniken Hamburg Eppendorf und Regensburg liegt darauf, die Schutzfunktion von Masken unter verschiedensten Randbedingungen zu untersuchen sowie Optimierungsma\u00dfnahmen zu identifizieren und sie zu quantifizieren.\u201c<\/p>\n<p><strong>Linearmotoren helfen Forschern<\/strong><br \/>\nDas Team um Prof. Krenkel hat seit der Er\u00f6ffnung des Labors f\u00fcr biomedizinische bzw. biologische Str\u00f6mungen Anfang 2014 schon umfangreiche Erfahrungen mit dem Aufbau von Testanordnungen zur experimentellen und numerischen Untersuchung von Str\u00f6mungen in biologischen\/medizinischen, aber auch technischen Systemen gesammelt. So haben die Forscher sowohl Vorg\u00e4nge im menschlichen Blutkreislauf als auch in den Atemwegen nachgebildet und analysiert. F\u00fcr die Untersuchung von Atemwegsprozessen ben\u00f6tigten die Forscher unter anderem eine \u201epassive Lunge\u201c, mit der sie das Druck-Volumen-Verhalten des menschlichen Atemorgans nachstellen konnten. Da die Druck-Volumen-Kurve aufgrund der Nachgiebigkeit (Compliance) des Lungengewebes nicht linear verl\u00e4uft, sondern S-f\u00f6rmig (sigmoidal), und beim Ein- und Ausatmen unterschiedlich ausf\u00e4llt, kamen daf\u00fcr einfachen Apparate wie ein Windkessel oder Vergleichbares nicht in Frage. Dies galt auch f\u00fcr die Simulation des Herzens. Auch hier sto\u00dfen einfache Systeme schnell an ihre Grenzen. Schrittmotor-angetriebene Exzenterpumpen erlauben beispielsweise nur die Abbildung linearer Abh\u00e4ngigkeiten und bieten den Forschern auch sonst nur wenige Freiheiten. \u201eWir brauchten daher etwas, das schnell und zugleich exakt regelbar ist\u201c, fasst Prof. Krenkel die Anforderungen an die gesuchte L\u00f6sung zusammen.<\/p>\n<hr \/>\n<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-1683 size-full\" src=\"https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/beatmungstrainer-muns-nase-masken-covid19.jpg\" alt=\"Linearmotoren helfen bei Maskentests zur Bek\u00e4mpfung der Covid-19 Pandemie\" width=\"800\" height=\"459\" srcset=\"https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/beatmungstrainer-muns-nase-masken-covid19.jpg 800w, https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/beatmungstrainer-muns-nase-masken-covid19-300x172.jpg 300w, https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/beatmungstrainer-muns-nase-masken-covid19-768x441.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 800px) 100vw, 800px\" \/>\n<p style=\"text-align: center;\">Forscher der OTH Regenburg untersuchen mit Hilfe eines Beatmungstrainers die Schutzwirkung von Mund-Nase-Masken im Kampf gegen Verbreitung des COVID-19-Virus. (Foto: Rossmann)<\/p>\n<hr \/>\n<p><strong>Universell einsetzbares Motor-Pumpen-System<\/strong><br \/>\nDie Forscher bedienten sich schlie\u00dflich zweier <a href=\"https:\/\/linmot.com\/de\/produkte\/linearmotoren\/\">LinMot-Linearmotoren<\/a> vom Typ PS01-48x240F-C in Schutzart IP67, die jeweils den Kolben eines zylindrischen Linearpumpensystems antreiben. Ein Ventilsystem erm\u00f6glicht die Druckregelung und Einbringung von Medien (Luft, Blutersatz) pro Zylinder. Die Linearmotoren werden \u00fcber LinMot-Regler versorgt und von einer h\u00e4ufig in Maschinen eingesetzten Industriesteuerung kontrolliert und koordiniert. Bei ihrer Arbeit profitieren die Forscher von der Flexibilit\u00e4t, die die Linearmotoren bieten. So kann mit dem System das kontinuierlich pulsatile Druck-Volumen-Verhalten eines gesunden, aber auch eines erkrankten Herzens im Testaufbau realit\u00e4tsnah und reproduzierbar nachgestellt werden. Das gleiche System haben die Forscher eingesetzt, um eine passive Lunge zu simulieren, die in der Lage ist, selbst die Folgen krankhafter Ver\u00e4nderungen nachzubilden. Das schlie\u00dft beispielsweise die Luftumverteilungen zwischen den Lungenfl\u00fcgeln mit ein.<\/p>\n<p><strong>Schneller zu ersten Testergebnissen<\/strong><br \/>\nDie Flexibilit\u00e4t des Systems kam den Forschern j\u00fcngst wieder zu Gute, als durch die akute COVID-19-Pandemie kurzfristig Antworten auf die dr\u00e4ngende Frage gesucht wurden, inwieweit sich medizinische Mund-Nase-Masken zum Schutz des medizinischen Personals eignen. Als Anfang M\u00e4rz 2020 Krankenh\u00e4user mit dieser Frage an die Forscher um Prof. Krenkel herantraten, entwickelten diese innerhalb weniger Tage einen entsprechenden Testaufbau, bei dem die Linearmotoren ebenfalls eine wichtige Rolle spielen. Sie bilden im Testaufbau das Herzst\u00fcck eines k\u00fcnstlichen Atemsystems und erzeugen einen variierbaren Atemstrom. Dank der Programmierbarkeit der Parameter \u201eBeschleunigung\u201c, \u201eVerfahrgeschwindigkeit\u201c und \u201eHub\u201c konnten die Forscher verschiedene Atemszenarien wie normales Atmen, Husten oder hypoxisches Atmen mit geringem Aufwand implementieren. Dazu erstellten sie mit dem Engineering- und Konfigurationswerkzeug LinMot Talk verschiedene Bewegungsprofile. Die Forscher k\u00f6nnen diese Profile abspeichern und jederzeit direkt aus dem Steuerprogramm heraus abrufen &#8211; in beliebiger Reihenfolge und bei Bedarf gegebenenfalls auch w\u00e4hrend der Programmausf\u00fchrung \u00fcber die Bedienerschnittstelle der Industriesteuerung. Bei der Erstellung der Profile kam den Forschern zugute, dass der Hub-Volumen-Zusammenhang f\u00fcr die Kombination Linearmotor-Linearpumpe proportional ist, sodass sich die in der Literatur h\u00e4ufig anzutreffenden Kurven, bei denen das Volumen \u00fcber die Zeit hinweg dargestellt wird, einfach \u00fcbertragen lassen.<\/p>\n<p><strong>Testautomation mit Industriekomponenten<\/strong><br \/>\n\u201eVon Vorteil ist es aus unserer Sicht auch, dass wir die LinMot-Motoren mit sehr universellen und ausgereiften Systemen wie den Steuerungen von Beckhoff oder B&amp;R kombinieren k\u00f6nnen; Firmen also, die wiederum eine gro\u00dfe Palette an unterschiedlichen I\/O- und Schnittstellenmodulen im Programm haben\u201c, erl\u00e4utert Prof. Krenkel. \u201eSo k\u00f6nnen wir den kompletten Testablauf vollst\u00e4ndig automatisieren, die Systeme synchronisieren und damit eine hohe Reproduzierbarkeit gew\u00e4hrleisten.\u201c So h\u00e4ngen beispielsweise an einer 24V-Ausgangssklemme der Aerosolgenerator und das Ventil, das den Zugang zur Linearpumpe steuert, sodass die Partikel exakt zum richtigen Zeitpunkt vom Kolben der Pumpe eingesogen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n<p><strong>Fazit<\/strong><br \/>\n\u201eStand Mitte Mai 2020 stellt sich die Datenlage so dar, dass medizinische Masken je nach Konstruktion 65 bis 75% der Aerosole in der Hauptebene zur\u00fcckhalten k\u00f6nnen. In der Nebenebene h\u00e4ngt die Filterwirkung sehr davon ab, wie gut die Maske angelegt ist und welche K\u00f6rperkonstitution des Tr\u00e4gers vorliegt\u201c, fasst Prof. Krenkel die Ergebnisse der in sechs Wochen durchgef\u00fchrten Testreihen zusammen. \u201eMit einfachen Ma\u00dfnahmen, wie dem Fixieren bzw. seitlichem Abkleben der Masken mit Klebeband, lassen sich 85% der Aerosole zur\u00fcckhalten und der Austritt von ungefilterter Luft an den Seiten komplett unterbinden.\u201c Dass der Forscher innerhalb weniger Tage erste reproduzierbare Testergebnisse vorlegen konnte, lag auch an der Verwendung des hoch flexiblen Linearmotorsystems von LinMot. Es l\u00e4sst sich in vielen Arbeitsgebieten der Biofluidmechanik einsetzen und reduziert dort die Zeit und den Aufwand f\u00fcr den Aufbau von komplexen Testszenarien. Prof. Krenkel will daher auch bei weiteren Forschungsauftr\u00e4gen verst\u00e4rkt auf das Linearmotorsystem zur\u00fcckgreifen.<\/p>\n<p><a class=\"button\" href=\"https:\/\/linmot.com\/de\/produkte\/linearmotoren\/\">Mehr zu den Linearmotoren von LinMot<\/a><\/p>\n<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-1685 aligncenter\" src=\"https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/linearmotoren-bei-maskentests-kuenstliche-lunge.jpg\" alt=\"\" width=\"800\" height=\"541\" srcset=\"https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/linearmotoren-bei-maskentests-kuenstliche-lunge.jpg 800w, https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/linearmotoren-bei-maskentests-kuenstliche-lunge-300x203.jpg 300w, https:\/\/linmot.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/2021\/05\/linearmotoren-bei-maskentests-kuenstliche-lunge-768x519.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 800px) 100vw, 800px\" \/>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Biofluidforscher pr\u00fcfen Schutzwirkung von Masken: Medizinische Mund-Nase-Masken k\u00f6nnen helfen, die Ausbreitung des COVID-19-Virus zu verringern. 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