Wiss. Mitarbeiter:in / Doktorand:in (w/m/d) - Numerische Simulation der Mikroträger-basierten Kultivierung von mesenchymalen Stammzellen in Rührreaktoren in Darmstadt

Über die TU Darmstadt

Die TU Darmstadt steht für exzellente und relevante Wissenschaft. Die tiefgreifenden globalen Veränderungsprozesse – von Energiewende bis zu Künstlicher Intelligenz – gestalten wir durch herausragende Erkenntnisse und zukunftsweisende Studienangebote entscheidend mit. Unsere Spitzenforschung bündeln wir in drei Feldern: Energy and Environment, Information and Intelligence, Matter and Materials. Als eine in der Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main verankerte und sehr stark international geprägte Universität sehen wir uns den europäischen Werten und der europäischen Integration verpflichtet.

Über unseren Bereich

Im Fachgebiet für Numerische Methoden in der Strömungsmechanik liegt unser Fokus auf der Entwicklung und Analyse von rechnergestützten Verfahren für die Berechnung von Ein- und Mehrphasenströmungen sowie deren Implementierung auf heterogenen Rechensystemen. Neben der Untersuchung von Ansätzen zur Grenzflächenkopplung und zum Rechnen auf Grafikkarten entwickeln wir sowohl deterministische als auch statistische Methoden für die Lösung von hochdimensionalen Transportgleichungen weiter und ermöglichen damit den Einsatz statistischer Modelle für turbulente Strömungen und Mehrphasenströmungen in der Praxis.

Informationen zur Stelle

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Ihre Aufgaben

Kurzzusammenfassung: In den letzten Jahren haben mesenchymale Stammzellen (hMSZn) für die regenerative Medizin zunehmend an Bedeutung gewonnen. Im Hinblick auf klinische Anwendungen können MSZn auf Mikroträgern in Rührreaktoren kultiviert werden—eine Technologie, die sich vor allem durch Steuer- und Skalierbarkeit auszeichnet und homogene Prozessbedingungen liefert. Andererseits erfordert die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Suspension eine transitionelle Rührströmung, in der die Zellen fortwährend mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. In diesem Projekt werden Sie an der interdisziplinären Schnittstelle zwischen Mehrphasenströmungen und Zellbiochemie arbeiten und an der Entwicklung eines prädiktiven Werkzeugs zur Simulation der Mikroträger-basierten Kultivierung von hMSZn in Rührreaktoren mitwirken. Ihre Aufgabe wird die Berechnung von Mikroträger-beladenen Strömungen in einer realitätsnahen Rührreaktorgeometrie sein. Hierzu verwenden Sie ein Modell, welches das Konzept der Grobstruktursimulation (LES) mit einer Populationsbilanzbeschreibung der Mikroträger kombiniert. Unter Bezugnahme auf relevante experimentelle Daten werden Sie die Vorhersagekraft des Modells kritisch auswerten und einschätzen. Darüber hinaus werden Sie ein kinetisches Wachstumsmodell hinsichtlich des inhibitorischen Effekts von Ammoniak überarbeiten. Anschließend werden Sie das Modell anhand experimenteller Daten kalibrieren und validieren.

Karriereausblick: Als wissenschaftliche:r Mitarbeiter:in am Fachgebiet für Numerische Methoden in der Strömungsmechanik an der TU Darmstadt erhalten Sie die Möglichkeit, eigenständig wissenschaftlich zu arbeiten und Lehrerfahrungen zu sammeln. Darüber hinaus werden Sie sowohl physikalische Modelle für disperse Mehrphasenströmungen als auch numerische Methoden für deren genaue und effiziente Lösung kennenlernen.

Ihre Aufgaben im Einzelnen:

• Simulation von Mikroträger-beladenen Strömungen in Rührreaktoren unter Verwendung eines Modells, welches das Konzept der Grobstruktursimulation mit einer Populationsbilanzbeschreibung kombiniert
• Bestimmung der räumlichen Genauigkeitsordnung des numerischen Lösungsverfahrens
• Validierung des berechneten Strömungsfeldes und der räumlichen Mikroträgerverteilung anhand vorhandener experimenteller Daten für verschiedene Rührraten und Mikroträgerkonzentrationen
• Kritische Auswertung der Vorhersagekraft des Modells bezüglich der dynamischen Belastungen der Mikroträger
• Verbesserung eines kinetischen Wachstumsmodells für hMSZn in planarer Kultivierung bezüglich des inhibitorischen Effekts von Ammoniak
• Ermittlung von geeigneten experimentellen Kampagnen für die Kalibrierung des Wachstumsmodells anhand einer Identifizierbarkeitsanalyse
• Kalibrierung und Validierung des kinetischen Wachstumsmodells
• Unterstützung in der akademischen Lehre, bei der Betreuung von studentischen Abschlussarbeiten und institutsbezogenen administrativen Aufgaben
• Unterstützung bei der Konzipierung und Ausarbeitung weiterführender Forschungsvorhaben

Ihr Profil

• Wissenschaftlicher Hochschulabschluss (Master oder vergleicbar) im Bereich Maschinenbau oder den Naturwissenschaften
• Vertrautheit mit den Konzepten der Grobstruktursimulation und der Populationsbilanzmodellierung
• Weitreichende Erfahrungen in der Kopplung von Information an nichtkonformen Gitterübergängen
• Erfahrungen in der Implementierung und Entwicklung von numerischen Algorithmen und deren Parallelisierung (MPI) für verteilte Hardwarearchitekturen
• Expertise im Einsatz von Finite-Volumen-Strömungslösern auf Plattformen des Hochleistungsrechnens (HPC)
• Erste Erfahrungen in der Formulierung, Kalibrierung und Validierung von kinetischen Wachstumsmodellen und grundlegendes Verständnis der Zellbiologie
• Mehrjährige Erfahrung im Testen und Entwickeln von wissenschaftlicher Software
• Programmierkenntnisse in Fortran, Matlab und Shell-Skripting
• Erste Lehrerfahrungen, beispielsweise im Rahmen von Tutorien oder Übungen
• Hervorragende Fähigkeit, Ergebnisse zu kommunizieren, und Begeisterung, mit anderen Wissenschaftler:innen zusammenzuarbeiten

Wir bieten

Die Technische Universität Darmstadt bietet vielfältige und herausfordernde Aufgaben, eigenverantwortliches Arbeiten, aktuelle Technologien, gute kollegiale und partnerschaftliche Zusammenarbeit, bedarfsorientierte Fortbildungsmöglichkeiten und eine individuelle Personalentwicklung.

Wir bieten Ihnen die Gelegenheit zur Vorbereitung einer Promotion. Das Beschäftigungsverhältnis dient zugleich der wissenschaftlichen Qualifizierung.

• Entfaltung und Gestaltung – ein umfassendes internes Weiterbildungsangebot sowie Möglichkeiten der Weiterqualifizierung und Entwicklung
• Urlaub/Bildungsurlaub – 30 Tage Urlaub pro Jahr (bei Vollzeit) und 5 Tage Bildungsurlaub
• Nachhaltig und Mobil – Freifahrtberechtigung im gesamten Regionalverkehr in Hessen durch das LandesTicket Hessen nach den jeweils geltenden tariflichen Bestimmungen sowie mobiles Arbeiten
• Fit und Gesund – kostenlose medizinische Vorsorgeuntersuchungen und umfangreiches vergünstigtes Sportangebot
• Work-Life-Balance – flexible Arbeitszeitmodelle; Betriebliches Gesundheitsmanagement
• Altersvorsorge – Zusatzversorgung des öffentlichen Dienstes (VBL) nach den jeweils geltenden Bestimmungen
• Dienstrad/Fahrradleasing
• Familienfreundlichkeit/Vereinbarkeit Familie/Pflege/Beruf – Kinderbetreuungsangebote sowie Zahlung einer Kinderzulage (gemäß tariflichen Bestimmungen), Ferienangebote