Projekt mikro- i nanotribologicznych badań chrząstki stawowej

• Autorzy: Wierzcholski K. , Łupicka O. , Miszczak A.

Warianty tytułu

EN

Project for micro- and nano-tribological cartilage investigations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy autorzy przedstawiają plan badań mikro i nanotribologicznych chrząstki stawowej oraz chondrocytów podczas ich opływu oraz odżywiania cieczami biologicznymi w inkubatorze CO2. Proponowane badania prowadzone będą między innymi we współpracy z Zakładem Hematologii Eksperymentalnej Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. W zakładzie tym prowadzone będą badania dotyczące hodowli chondrocytów i badań histologicznych, natomiast pozostałe badania mikro- i nanotribologiczne wykonane będą w laboratoriach tribologicznych. Badania zawarte w pracy dotyczą: wyznaczania mikrosił tarcia spoczynkowego pomiędzy powierzchnią chondrocytów a międzykomórkową macierzą białkową oraz wyznaczania prędkości przepływów cieczy o własnościach nienewtonowskich w supercienkich warstwach granicznych wokół chrząstki w inkubatorze CO2, a także wyznaczanie prędkości ścinania wpływającej na lepkość pożywki.

EN

Vitreous cartilage is an important element of the human skeleton, because it makes bone growth possible and forms joint surfaces. The vitreous cartilage consists of cartilage cells and chondrocytes which produce an extra-cell matrix. The commonly applied and effective method of therapy of developed degenerative changes in joints of human lower limbs (mainly of knee and hip joints) is mechanical reconstruction of a used joint by replacing it with a complete endoprosthesis. Despite its unquestionable advantages, the alloplastics are not free of many shortcomings. An artificial joint does not precisely model the joint’s surfaces and detrimentally changes biomechanical processes in the part of pelvis in which the joint's sleeve is located, as well as in the root closer to thigh bone. From clinical observations, it results in the "lifetimes" of endoprostheses range from 10 to 13-15 years after a correctly performed operation and the correct use of the implant. For this reason, more effective methods for the treatment of joint cartilage decrements are still being researched. One method is to investigate cartilage and chondrocytes in an incubator of CO2.This paper presents a current view concerning the study process of cartilage and chondrocytes in an incubator, and it is presented from the side of mechanics, especially hydromechanics methods. The research determined flow velocity fields of viscous, non-Newtonian biological nutrition liquid as well as friction forces generated within the boundary layer around surfaces of investigated cartilage or tissues. Additionally, were considered potential flows from the joint cavity of joint fluid which nourish joint cartilage after its implantation.

Słowa kluczowe

PL

ścinki chrząstki stawowej; geometria powierzchni; redukcja oporów tarcia

EN

cutting of cartilages; geometry of surface; reduced friction resistances

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 6
• Strony: 209--217
• Opis fizyczny: Bibliogr.14 poz.

Twórcy

autor

Wierzcholski K.

autor

Łupicka O.

autor

Miszczak A.

• Technical University of Koszalin, Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vacuum Technique, PL 75-620 Koszalin, ul. Racławicka 15-17, Poland

Bibliografia

• 1. Bharat Bhushan: Nanotribology and Nanomechanics of MEMS/NEMS and BioMEMS/BioNEMS materials and devices. Elsevier, Microelectronic Engineering, 84, 2007, pp. 387-412.
• 2. Bharat Bhushan: A Handbook of Nanotribology. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 2004.
• 3. Chizhik S.A., Ahn H.-S., Chikunov V.V., Suslov A.A.: Tuning fork energy dissipation nanotribometry as option of AFM. Scanning Probe Microscopy, 2004, pp. 119-121.
• 4. Chizhik S., Wierzcholski K.: Micro-and nano level of bio-joint lubrication. Tribologia, 2006, 4(208), pp. 167-179.
• 5. Chun-Yuh Huang, Soltz M.A., Kopacz M., Mow Van C., Ateshian G.A.: Experimental Verification of the Roles of Intrinsic Matrix Viscoelasticity and Tension-Compression Nonlinearity in the Biphasic Response of Cartilage, ASME, Journal of Biomechanical Engineering, 2003, Vol. 125, No. l, pp. 84-93.
• 6. Maurel W., Wu Y., Thalmann D.: Biomechanical Modells for Soft Tissue Simulation, Springer Verlag Berlin/Heidelberg 1998.
• 7. Ryniewicz A.: Analiza mechanizmu smarowania stawu biodrowego człowieka, Rozprawy Monograficzne 111.
• 8. Wierzcholski K.: Experimental measurements of friction forces on the tissue in probabilistic view. Journal of Kones Powertrain and Transport, 2006, Vol. 13, No. 3, pp. 427-435.
• 9. Wierzcholski K., Chizhik S., Miszczak A.: The theoretical description of friction force In bio-joints as function of cartilage. Zagadnienia Eksploatacji Maszyn, 2006, Vol. 41, z. 2 (146), pp. 29-39.
• 10. Wierzcholski K.: Bio and slide bearings: their lubrication by non-Newtonian fluids and application in non conventional systems. Vol. III: Tribology process for chondrocytes,human joint and micro-bearing, Monograph (pp. 1-129), Published by Krzysztof Wierzcholski, Gdańsk University of Technology, Gdańsk 2006-2007.
• 11. Wierzcholski K., Miszczak A.: Elementy mikro- i nano-tribologii w aspekcie przepływów cieczy biologicznych w warstwie przyściennej, Monografia, Tom III, Foundation for the Development of Gdynia Maritime University, Gdynia 2007 the Development of Gdynia Maritime University, Gdynia 2007.
• 12. Wierzcholski K., Miszczak A.: Numerical determination of friction forces in unsteady loaded biobearings. Tribologia, 2007, 1(211), pp. 247-258.
• 13. Wierzcholski K., Miszczak A.: Numerical determination of friction coefficient occurring in unsteady human joints. Tribologia, 2007, 1(211), pp. 235-245.
• 14. www.oce.pg.gda.pl/biobearing, 2006.