Master/Project thesis: Numerische Strömungsoptimierung eines Mesh-Nebulizers zur präzisen Aerosolerzeugung in der Inhalationstherapie
Hintergrund
In der modernen Atemwegsmedizin kommt der gezielten Aerosolerzeugung eine zentrale Bedeutung zu. Besonders Mesh-Nebulizer (Membranvernebler) haben sich als innovative Technologie etabliert: Sie erzeugen mittels einer vibrierenden Membran mit mikroskopisch kleinen Öffnungen feine, gleichmäßige Aerosole. Dies ermöglicht eine hochpräzise Medikamentenapplikation in die tiefen Atemwege, die bei Erkrankungen wie Asthma, COPD oder Mukoviszidose entscheidend ist.
Für eine optimale Therapie müssen jedoch die Strömungsprozesse innerhalb des Nebulizers und im Aerosolauslass exakt verstanden und optimiert werden. Nur so lassen sich Homogenität, Partikelgrößenverteilung und Lungendeposition zuverlässig steuern.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein numerisches Modell eines bestehenden Mesh-Nebulizers entwickelt, untersucht und optimiert werden. Der Schwerpunkt liegt auf der Abbildung und Analyse der strömungsmechanischen Eigenschaften sowie der Aerosolcharakteristik mit Blick auf zukünftige medizinische Anwendungen und Trends.
Die Arbeit verfolgt folgende Ziele:
- Aufbau und Implementierung eines numerischen Modells zur Simulation der Strömungsverhältnisse innerhalb des Verneblers.
- Validierung des numerischen Modells durch Vergleich mit experimentellen Daten, insbesondere hinsichtlich Partikelgrößenverteilung
- Identifikation von Design- und Betriebsparametern innerhalb des Modells, die eine höhere Effizienz der Medikamentenapplikation ermöglichen.
- Ableitung von Designoptimierungen auf Basis der numerischen Ergebnisse, die insbesondere Patientensicherheit, Hygiene und Therapiewirksamkeit verbessern.
Bedeutung
Die Arbeit leistet einen direkten Beitrag zur Weiterentwicklung von intelligenten, medizintechnischen Verneblersystemen, die die Effizienz und Präzision der Inhalationstherapie steigern. Mögliche Anwendungspotenziale:
• Verbesserung der Patientenadhärenz durch leise, portable und effiziente Systeme.
• Gezielte Lungendeposition für eine optimale Wirkstoffausnutzung.
• Einsatz in der individualisierten Therapie, z. B. bei Biopharmazeutika und temperaturempfindlichen Medikamenten.
Anforderungsprofil:
- Technischer Studiengang, z.B. Maschinenbau, Medizintechnik oder Computational Engineering
- Gute Kenntnisse in (numerischer) Strömungsmechanik
- Erste Erfahrungen mit CFD-Simulationen wünschenswert
- Interesse in der Medizintechnik
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