Für die Heilung eines Knochenrisses müssen Osteoblasten, also Zellen, die für die Bildung von neuem Knochengewebe zuständig sind, zur betroffenen Stelle wandern. Wie wird der Knochendefekt von diesen Zellen detektiert und kann der Heilungsvorgang ggf. begünstigt werden?
Betrachtet man einen im Knochen befindlichen Riss, bildet sich um die Rissspitze ein elektrisches Feld aus, wenn auf den Knochen ein Spannungsgradient z.B. durch Biegung aufgebracht wird. Dieses elektrische Feld ist an der Rissspitze am stärksten ausgeprägt und nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Die Osteoblasten unseres Körpers können dieses elektrische Feld detektieren, woraufhin sie an die betroffene Stelle wandern und den Heilungsprozess beginnen. Dieses Verhalten ist dem flexoelektrischen Effekt zu verdanken, der bereits experimentell an Knochen am Institut Catalá de Nanociència i Nanotecnologia nachgewiesen werden konnte. Unter Flexoelektrizität versteht man im Allgemeinen die Fähigkeit von gewissen Materialien unter einer inhomogenen Deformation eine Polarisationsänderung hervorzurufen und ein elektrisches Feld auszubilden.
Ziel des Vorhabens ist es, Knochenumbauprozesse, insbesondere bei einer Fraktur, unter Berücksichtigung des flexoelektrischen Effekts möglichst realitätsnah mit Hilfe der Finite Elemente Methode zu modellieren und zu simulieren. Dabei ist es von besonderem Interesse, in wie weit das Aufbringen einer gezielten Belastung z.B. durch therapeutische Maßnahmen unter Umständen die Knochenheilung beschleunigen und damit begünstigen könnte.
