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  5. Tailored 3D Lattice Microstructures for Enhanced Functionality in Blood‐Gas Exchange
 
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2025
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Tailored 3D Lattice Microstructures for Enhanced Functionality in Blood‐Gas Exchange

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Hauptpublikation
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TUDa URI
tuda/14080
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-307833
DOI
10.26083/tuprints-00030783
Autor:innen
Barbian, Kai P. ORCID 0009-0009-2749-3777
Lemainque, Teresa
Grunden, Ina
Iwa, Roman
Wiegmann, Bettina
Linkhorst, John ORCID 0000-0002-8556-9217
Wessling, Matthias ORCID 0000-0002-7874-5315
Heyer, Jan
Steinseifer, Ulrich ORCID 0000-0002-8065-9803
Neidlin, Michael
Jansen, Sebastian V. ORCID 0000-0002-3808-9958
Kurzbeschreibung (Abstract)

Current membrane oxygenators for extracorporeal life support (ECLS) are facing their limits regarding gas exchange efficiency and long‐term stability. One aspect adding to these limitations is inhomogeneous blood flow distribution inside the oxygenator's membrane structure. Triply periodic minimal surface (TPMS) lattice structures are proposed to provide increased mass transfer efficiency and local adaptability introducing heterogeneous properties. However, the adaptation of these structures for blood flow, as in ECLS, is challenging as a hemocompatible flow distribution must be established. In this study, this study proposes a novel method for the smooth, multi‐scale modification of TPMS lattice structures creating a tailored flow distribution suited for blood‐gas exchange. It implements this method into an automatic structure optimization within an oxygenator. After manufacturing prototypes, it experimentally evaluate the 3D flow distribution using time‐resolved, contrast enhanced computed tomography comparing the optimized structure to reference geometries. The TPMS structure modification provides a significant change in flow distribution, improving homogeneity by up to 12%. The approach to creating tailored 3D TPMS lattice structures can be directly transferred to various other applications in the field of heat and mass transfer to enhance functionality, e.g., for heat exchangers or membrane contactors.

Freie Schlagworte

additive manufacturin...

design optimization

flow homogeneity

lattice structures

membrane oxygenators

structure adaptation

tpms

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
16 Fachbereich Maschinenbau > Fachgebiet Verfahrenstechnik elektrochemischer Systeme (VES)
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin, Gesundheit
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Typ des Artikels
Wissenschaftlicher Artikel
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Advanced Science
Jahrgang der Zeitschrift
12
Heftnummer der Zeitschrift
25
ISSN
2198-3844
Verlag
Wiley-VCH
Ort der Erstveröffentlichung
Weinheim
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2025
Verlags-DOI
10.1002/advs.202501162
PPN
536900620
Artikel-ID
2501162

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