Friction on the bio-cell surfaces as a contribution in microbearing tribology

• Autorzy: Wierzcholski K. , Miszczak A.

Warianty tytułu

PL

Siły tarcia na powierzchni biokomórek jako wkład do tribologii mikrołożysk

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Joint cartilage engineering is the one of most quickly developed domain of biotechnology and applied mechanics. The new research methods of this science can be solved only during the common cooperation of biologists, tribologists and mechanics. Correct functioning of the sound human joint secure the active chondrocytes occurring in the joint cartilage. Hence the joint cartilage is resistible on the acting of mechanical forces. Correctness functioning of human bio-bearing secures the active chondrocytes in cartilage. Hence the human cartilage is resistible on the acting of mechanical forces. of After Authors knowledge the correctly functioning of micro bearing in micro robots and in micro turbines will be satisfied if we assume analogical tribological and hydrodynamic parameters which are existing during the lubricating flow of liquids in super thin layers around the cells (chondrocytes) during the cultivation in bioreactors. In this paper presents the method of friction forces calculation on the surfaces of chondrocytes about 20mi m x 20mi m during the cultivation in bioreactor. Friction forces will be examined in micro-scale and nano-scale in the case of hydrodynamic flow of viscoelastic nutrient and pharmacological liquid in the thin super boundary layer below 10 nanometer situated on the surface of the cell body with anisotropic, hyper-elastic and hypo-elastic properties. Experiences gained during the numerical determination of fiction forces in the level of some micro-Newtons in bioreactors confirmed with the experimental measurement data obtained by means of Atomic Forces Microscope (AFM) enable to need the presented theory for designing of the superficial layer occurring in slide bearing in an intelligent microturbine, where cooperating surfaces similarly as chondrocytes will be change your geometry, shape and will be adapt to the external conditions.

PL

Inżynieria chrząstki stawowej jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin biotechnologii i mechaniki stosowanej. Nowe metody badawcze tej nauki mogą być rozwiązane jedynie przy wzajemnej współpracy biologów, tribologów, mechaników, ortopedów klinicystów. Prawidłowe funkcjonowanie zdrowego stawu człowieka zapewniają aktywne chondrocyty znajdujące się w chrząstce stawowej. Dzięki temu chrząstka stawowa jest odporna na działanie sił mechanicznych. Według hipotezy Autora prawidłowe funkcjonowanie mikro łożysk w mikro robotach i mikro turbinach będzie spełnione, jeśli przyjmiemy analogiczne parametry tribologiczno-hydromechaniczne jakie panują w trakcie opływu smarującego cieczami odżywczymi wokół chondrocytów w trakcie ich hodowli. W pracy przedstawiona zostanie metoda obliczania sił tarcia na powierzchniach chondrocytów o wymiarach 20mi m x 20 mi m w trakcie ich hodowli w bioreaktorze. Siły tarcia wyznaczone zostaną w mikro i nano-skali w trakcie hydrodynamicznego przepływu lepko-sprężystej cieczy odżywczej w super cienkiej warstwie granicznej o grubości poniżej 10 nanometrów znajdującej się na powierzchni ciała komórki o własnościach anizotropowych, hiper-sprężystych oraz hypo-elastycznych. Pomierzone doświadczenie przy wykorzystaniu Mikroskopu Sił Atomowych oraz uzyskane z obliczeń numerycznych siły tarcia o wartości kilku mikro-Newtonów w bioreaktorach umożliwią zdaniem autora wykorzystanie przedstawionej teorii przy projektowaniu warstwy wierzchniej łożysk ślizgowych w inteligentnych mikro-robotach i mikro-turbinach, gdzie współpracujące powierzchnie podobnie jak chondrocyty będą zmieniać geometrię, osiągać odkształcenia postaciowe i przystosowywać się będą do warunków zewnętrznych.

Słowa kluczowe

EN

Friction calculations; bio-cells; micro-robots

PL

obliczenia; tarcie; komórki biologiczne; mikro-roboty

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, No. 4
• Strony: 515--522
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzcholski K.

autor

Miszczak A.

• Gdansk University of Technology Narutowicza 11/12,80-952 Gdańsk, Poland tel..[phone], fax: [phone],

Bibliografia

• [1] Ahn, H. S., Chizhik, S. A., Dubravin, A. M., Kazachenko, V. P., Popov, V. V., Application of phase contrast imaging atomic force microscopy to tribofilms on DLC coatings, International Journal of Wear, 249, pp.617-625, Oxford, 2001.
• [2] Beavers, G. S., Sparrow, E. M., Magnuson, R. A., Experiments on Coupled Parallel Flows in a Channel and Bounding Porous Medium, Journal of Basic Engineering, pp.843-848, Detroit, 1970.
• [3] Cieszko, M., Kubik, J., Derivation of Matching Conditions at the Contact Surface Between Fluid-Saturated Porous Solid and Bulk Fluid, Transport in Porous Media, 34, pp.319-336, 1999.
• [4] Chizhik, S. A., Huang, Z., Gorbunov, V. V., Myshkin, N. K., Tsukruk, V. V., Micromechanical properties of elastic polymeric materials as probed by scanning force microscopy, 14, pp.2606-2609, Langmuir 1998.
• [5] Chizhik, S. A., Ahn, H. S., Suslov, A. A., Tuning fork energy dissipation nanotribometry as option of AFM, Proceeding International Workshop “Scanning Probe Microscopy“,pp.119-121, Nizhny Novgorod, 2004.
• [6] Dowson, D., Bio-Tribology of Natural and Replacement Synovial Joints, in, Van Mow C., Ratcliffe A., Woo S.L-Y., Biomechanics of Diarthrodial Joint, Springer-Verlag, Vol.2, Chap.29, pp.305-345, New York, Berlin, Londyn, Paris, Tokyo, Hong Kong, 1990.
• [7] Wierzcholski, K., Synovial flow parameters in human joint gap, Tribologia, Nr.6, (162), pp.982-996, Warszawa, 1998.