Rheological properties of bionic lubricant compositions

• Autorzy: Molenda J.

Warianty tytułu

PL

Właściwości reologiczne bionicznych kompozycji smarowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to investigate the rheological properties of aqueous solutions of sodium hyaluronate (molecular weight 1.0-1.8 MDa) in 0.1, 0.5, and 1.0% w/w compositions. The tests were performed using a rotary rheometer MCR 101 (Anton Paar), in a plate-cone measuring system, at 20 °C. Flow curves, viscosity curves, hysteresis loops, as well as the dependence of the conservative modulus G’ and the loss modulus G’’, depending on the oscillation frequency, were recorded. The compositions tested showed non-Newtonian liquid properties thinning by shear, and the viscoelastic properties were determined by the concentration of hyaluronan in water. For compositions with a concentration of 0.1% w/w and 0.5% w/w, the viscosity and elasticity of the compositions varied periodically by the oscillation frequency. On the other hand, the 1% w/w composition exhibits the dominance of elastic over the viscous properties in over the tested oscillation range. It is envisaged that such compositions may be considered as potential bionic lubricants for medical applications.

PL

Celem pracy było zbadanie właściwości reologicznych wodnych roztworów hialuronianu sodu (o masie cząsteczkowej 1,0-1,8 MDa), w kompozycjach o stężeniach 0,1, 0,5 i 1,0% m/m. Badania przeprowadzono za pomocą reometru rotacyjnego MCR 101 (firmy Anton Paar), w układzie pomiarowym typu płytka-stożek, w temperaturze 20°C. Zarejestrowano krzywe płynięcia, krzywe lepkościowe, pętle histerezy, a także zależności modułu zachowawczego G’ i modułu stratności G” w zależności od częstotliwości oscylacji. Badane kompozycje wykazywały cechy cieczy nienewtonowskich, rozrzedzanych ścinaniem, a właściwości lepko-sprężyste były determinowane stężeniem hialuronianu w wodzie. W przypadku kompozycji o stężeniach 0,1% m/m i 0,5% m/m udział cech lepkich i sprężystych zmienia się okresowo pod wpływem częstotliwości oscylacji. Natomiast w przypadku kompozycji 1% w całym badanym zakresie oscylacji kompozycja wykazuje przewagę właściwości sprężystych nad lepkimi. Przewiduje się, że tego typu kompozycje mogą być rozważane jako potencjalne bioniczne środki smarowe do zastosowań medycznych.

Słowa kluczowe

EN

bionic lubricants; hyaluronic acid; sodium hyaluronate; non-Newtonian liquids; rheological properties; thixotropy of lubricants; elastic-sticky properties

PL

bioniczne środki smarowe; kwas hialuronowy; hialuronian sodu; ciecze nienewtonowskie; właściwości reologiczne; tiksotropia środków smarowych; właściwości sprężysto-lepkie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 6
• Strony: 53--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Molenda J.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, ul. Pulaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland

Bibliografia

• 1. Rybak T., Gierzyńska-Dolna M., Sulej-Chojnacka J., Wiśniewski T.: Nowe materiały na wkładki endoprotez stawu kolanowego. Tribologia, 2010, 5, 223–233.
• 2. Wendland J., Gierzyńska-Dolna M., Rybak T., Wiśniewski T., Reichel B.: Badania nad opracowaniem nowego biomateriału przeznaczonego na elementy endoprotez stawu biodrowego. Obróbka Plastyczna Metali, 2009, XX, 2, 3–19.
• 3. Grądzka-Dahlka M., Dąbrowski J., Deptuła P.: Zastosowanie spiekanych biomateriałów ze stali 316L na węzły tarcia endoprotez stawu biodrowego. Tribologia, 2010, 1, 19–26.
• 4. Majkowska B., Jażdżewska M., Miotke D., Zieliński A.: Ocena odporności na zużycie ścierne stopów Ti na elementy pary trącej endoprotez stawu kolanowego. Inżynieria Materiałowa, 2013, 34, 5, 501–504.
• 5. Ryniewicz A.: Fenomen mechanizmu smarowania stawów człowieka. Tribologia, 2011, 1, 125–140.
• 6. Chen Z. H., Ren X. L., Zhou H. H., Li X. D.: The role of hyaluronic acid in biomineralization. Front. Mater. Sci. 2012, 6, 4, 283–296.
• 7. Zalewska A., Kokot Z.: Reologiczna analiza fizycznych właściwości kwasu hialuronowego. Nowiny Lekarskie, 2008, 77, 6, 407–411.
• 8. Korytkowska-Wałach A., Śmiga-Matuszowicz M., Łukaszczyk J.: Układy polimerowe formowane in situ do zastosowań biomedycznych. Cz. II. Wstrzykiwane układy hydrożelowe. Polimery, 2015, 60, 7–8, 435–447.
• 9. Samaszko-Fiertek J., Kuźma M., Dmochowska B., Ślusarz R., Madaj J.: Egzopolisacharydy bakteryjne – budowa i funkcje. Wiadomości Chemiczne, 2016, 70, 7–8, 473–496.
• 10. Corvelli M., Che B., Saeui C., Singh A., Elisseeff J.: Biodynamic performance of hyaluronic acid versus synovial fluid of the knee in osteoarthritis. Methods, 2015, 84, 90–98.
• 11. Scholes S., College C., Taylor A., Mahdi M., Smith A., Joyce T.: Potential synthetic biolubricants as alternative to bovine serum. Lubricants, 2016, 4, 38.
• 12. Hua Z. K., Su S. H., Zhang J. H: Tribological study on new therapeutic bionic lubricants. Trib. Lett., 2007, 28, 51–58.
• 13. Park J. B, Dong C. T., Chang H. G., Sharma A. R., Thompson M. S., et all: Role of hyaluronic acid and phospholipid in the lubrication of a cobalt-chromium head for total hip arthroplasty. Biointerphases, 2014, 9, 031007.
• 14. Dziubiński M., Kiljański T., Sęk J.: Podstawy teoretyczne i metody pomiarowe reologii. Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź, 2014.
• 15. Kiljański T.: Metody pomiaru własności sprężystolepkich. Inż. Ap. Chem., 2014, 53, 5, 344–346.
• 16. Mastykowska J., Karpiński M., Klekotka M., Popko J., Dąbrowski J.: Właściwości reologiczne i tribologiczne cieczy synowialnej. Engineering of Biomaterials, 2013, XVI, 122–123, 64–65.
• 17. Wierzcholski K.: Synovial flow parameters in human joint gap. Tribologia, 1998, 6, 982–996.
• 18. Wierzcholski K.: Hydrodynamic pressure in human joint. Journal of KONES, 2007, 14, 2, 545–552.
• 19. Olczyk P., Komosińska-Vassev K., Winsz-Szczotka K., Kuźnik-Trocha K., Olczyk K.: Hialuronian – struktura, metabolizm, funkcje i rola w procesach gojenia ran. Post. Hig. Med. Dosw., 2008, 62, 651–659.
• 20. Dymarska M., Juros W., Janeczko T., Kostrzewa-Susłow E.: Kwas hialuronowy: budowa, właściwości i zastosowanie. Przemysł Chemiczny, 2016, 95, 4, 814–816.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).