Biofilme spielen eine wichtige Rolle in Stoffkreisläufen und leisten einen bedeutenden Beitrag in technischen Systemen. Neben erwünschten und für technische Anwendung nützlichen Biofilmen sind diese an vielen Stellen unerwünscht und beeinträchtigen die Funktionsweise technischer Anlagen bzw. die Produktqualität. Bislang fehlt es an geeigneten Modellen, mit denen sich die mechanische Stabilität sowie die Strukturentwicklung von Biofilmen insbesondere bei Abtragsphänomenen prognostizieren lassen.
Ziel des Forschungsvorhabens ist die die Entwicklung eines auf der Finite-Elemente (FE)-Methode basierenden adaptiven Hybridmodells zur Beschreibung physikochemischer Phänomene (u. a. mechanischer, vorrangig fluiddynamischer Beanspruchungen) von Biofilmen, die u. a. zu Abtragsphänomenen führen und deren Strukturentwicklung entscheidend bestimmen. Die Entwicklung des adaptiven Hybridkonzeptes erfordert die experimentelle Validierung. Dabei kommen mechanische Charakterisierungsmethoden zum Einsatz. Als definiertes Modellsystem sollen Hydrogelfilme aus Polymergelen ohne und mit immobilisierten Zellen eingesetzt werden. Diese Untersuchungen sollen in einem Durchflussbiofilmrohrreaktor, in dem sich gezielte Parametersätze an Prozessvariablen unter definierten Strömungsbedingungen einstellen lassen, durchgeführt werden. Die entwickelten Methoden sollen in einem proof of principle an einem Reinkulturbiofilm mit semi-quantitativ charakterisierter EPS-Zusammensetzung getestet werden.