Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 Journal of KONES

2 2007

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: bio-cells

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

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

Wierzcholski K., Miszczak A.

Journal of KONES

2007

Vol. 14, No. 4

515-522

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.

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.

Boundary conditions on the bio-cell surfaces for nanolubrication of microbearings

Wierzcholski K.

Journal of KONES

2007

Vol. 14, No. 3

603-610

The aim of the paper is the formulation of boundary conditions for liquid velocity and friction forces in nano scale and presentation of analogies between boundary conditions for super thin liquid layer about 100nm height around cultivated cell of cartilage human joint in bioreactor and boundary conditions for thin lubrication layer in micro bearing with no greater journal diameter than 2mm. To be considered flow of viscous liquid with non-Newtonian, viscoelastic properties in super thin boundary layer in direct contact with superficial layer of cultivated cells. Such flow is caused by the cell growth, weeping and suction process of the liquid from boundary thin layer into porous cell body. Liquid properties inside super thin layer depend above all from physical properties of bodies and surfaces which are restricted the thin liquid layer. It is specific feature of thin liquid layers which distinguishes such flows from lubrication flows where gap height reaches several dozen micrometers. Apparent viscosity of such liquid depends on shear rate which occur in thin boundary layer. Additional the dynamic viscosity of the liquid depends on Young modulus of cell superficial layer and on geometrical structure of the cell. Presented model of boundary conditions enables its application to the research connected with the optimal lubrication in slide micro bearings [6], [8].

Tematem pracy jest sformułowanie warunków brzegowych dla prędkości cieczy i sił tarcia w nanoskali oraz przedstawienie analogii pomiędzy warunkami brzegowymi dla super cienkiej warstewki cieczy o wysokości poniżej 100 nm opływającej hodowane komórki chrząstki stawowej człowieka w bioreaktorze a warunkami brzegowymi dla cienkiej warstwy smarującej w mikro łożyskach o średnicy wału nieprzekraczającej 1mm. Rozpatrywany jest przepływ cieczy lepkiej o właściwościach nie Newtonowskich, lepko-sprężystych w super cienkiej warstwie granicznej występujący w bezpośrednim otoczeniu warstwy wierzchniej hodowanego chondrocytu. Taki przepływ jest wywołany między innymi wzrostem komórki, a także procesem przesączania się cieczy odżywczej z cienkiej warstwy granicznej do porowatego ciała komórek. Własności cieczy w super cienkiej warstwie zależą przede wszystkim od właściwości fizycznych ciałścianek lub powierzchni ograniczającej tak cienką warstewkę. Jest to specyfika przepływu w super cienkich warstewkach odróżniająca te przepływy od klasycznych przepływów smarujących gdzie wysokość szczeliny osiąga kilkanaście mikrometrów. Lepkość pozorna takiej cieczy zależy od prędkości deformacji, a więc od prędkości przepływu tej cieczy w cienkiej warstwie granicznej. Ponadto lepkość takiej cieczy zależy od modułu Younga warstwy wierzchniej oraz od struktury geometrycznej powierzchni hodowanego chondrocytu. Przedstawiony model warunków brzegowych umożliwia jego zastosowania do badań związanych z optymalnym smarowaniem mikro-łożysk ślizgowych.