Soft Tissue Biomechanics | ZHAW Institut für Mechanische Systeme IMES

Das Gebiet Soft tissue biomechanics beschäftigt sich mit der Mechanik von weichen biologischen Geweben und biomedizinischen Materialien und Strukturen. Es ist das jüngste Forschungsgebiet im Schwerpunkt Biomechanical Engineering und befindet sich im Aufbau.

Methodik

Mehrskalenexperimente zur mechanischen Charakterisierung von mikrostrukturbasierten Materialien (biologische Gewebe, Textilien, etc.) - (Abbildung 1, 2)
Experimentelle Kontinuumsmechanik zur Evaluation und Analyse von lokalen Deformationen mittels Digital Image Correlation (DIC) - (Abbildung 1-3)
Numerische Simulationsmodelle zur Strukturanalyse auf verschiedenen Längenskalen - (Abbildung 2)

Ziele

Erarbeitung von Kriterien zur Beurteilung der mechanische Biokompatibilität von biomedizinischen Materialien und Strukturen - (Abbildung 1, 4)
Erforschung der Mechanobiologie von biomedizinischen Materialien und Strukturen, i.e. des Zusammenspiels zwischen Mechanik und Zellverhalten
Entwicklung standardisierter Protokolle für die mechanische Beurteilung von weichen biomedizinischen Materialien (Implantatmaterialien, Scaffolds für Tissue Engineering Anwendungen, etc. (Abbildung 1,4)

Abbildung 1 Digitale Bildkorrelation: Aufbau für uniaxiale Zugversuche an Polymermembranen: Die lokale Dehnungsanalyse erfolgt durch digitale Bildkorrelation (DIC)

Abbildung 2 Experimentelle Analysen und numerische Simulation: a) Versuchsaufbau für planare Zugversuche unter Verwendung eines Systems für digitale Bildkorrelation (DIC), b) soft solid liquid composite Probe, c,d) experimentelle e),f) numerische lokale Dehnungsverteilung bei 10% globaler Nenndehnung

Abbildung 3 Unkonventionelle Testaufbauten: Aufbau für Organinsufflationstests: eine Schweineniere wird mit physiologischer Lösung insuffliert; der Druck im Organ wird bei kontrollierten Insufflationsvolumina gemessen

Abbildung 4 Mechanische Biokompatibilität und Mechanobiologie von Beckenbodennetzen: a) Anatomie des weiblichen Beckenbodens mit einer repräsentativen Netzimplantationsstelle (blau), b) repräsentative Form eines Beckenbodennetzes; c) während es sich bei den derzeitigen Netzen hauptsächlich um grossporige Polypropylennetze handelt, zielt diese Forschung auf neue nanofaserige Materialien ab

Projekte

Publikationen

Röhrnbauer, Barbara; Betschart, Cornelia,

2025.

Novel interdisciplinary pathways in pelvic floor disorder diagnosis and treatment.

In:

30th Congress of the European Society of Biomechanics, Zurich, Switzerland, 6-9 July 2025.
Zimmerli, Joël; Hofmann, Jonas; Röhrnbauer, Barbara,

2024.

A continuum mechanics based quantification of microscale kinematics of nanofibrous membranes [Poster].

In:

Annual Meeting of the Swiss Society for Biomedical Engineering SSBE Abstract Book.

Annual Meeting of the Swiss Society for Biomedical Engineering SSBE, Winterthur, Switzerland, 5. September 2024.

SSBE.

S. 42.

Verfügbar unter: https://doi.org/10.21256/zhaw-32725
Hofmann, Jonas; Fialová, Christina; Adlhart, Christian; Strassmann, Marc; Rimann, Markus; Röhrnbauer, Barbara,

2024.

Large-porous or nano-fibrous? – a mechanical perspective on implant materials for the pelvic floor.

In:

29th Congress of the European Society of Biomechanics (ESB), Edinburgh, Scotland, 30 June - 3 July 2024.
Hofmann, Jonas; Fialová, Christina; Adlhart, Christian; Strassmann, Marc; Rimann, Markus; Röhrnbauer, Barbara,

2024.

Micro and macromechanics of electrospun membranes under uniaxial and biaxial loading conditions [Poster].

In:

29th Congress of the European Society of Biomechanics (ESB), Edinburgh, Scotland, 30 June - 3 July 2024.
Moser, Nathalie; Skawran, Stephan; Steigmiller, Klaus; Röhrnbauer, Barbara; Winklehner, Thomas; Reiner, Cäcilia S.; Betschart, Cornelia,

2024.

Quantitative 3D analysis of levator ani muscle subdivisions in nulliparous women : MRI feasibility study.

Diagnostics.

14(9), S. 923.

Verfügbar unter: https://doi.org/10.3390/diagnostics14090923