Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tribokorozja jako efekt działania pary trącej w medium płynu synowialnego na przykładzie implantu – endoprotezy stawu biodrowegoTribokorozja jako efekt działania pary trącej w medium płynu synowialnego na przykładzie implantu – endoprotezy stawu biodrowego

Stanek Wiktor

Ochrona przed Korozją

|

2021

|

nr 12

387--395

PL

Idealny materiał implantu endoprotezy stawu biodrowego powinien mieć elastyczność modułu kości, wysoką odporność na korozję i zużycie oraz doskonałą biokompatybilność. Aby osiągnąć maksymalną wydajność i trwałość implantu, producenci używają różnych materiałów do różnych części implantu. Korozja odgrywa znaczną rolę w uwalnianiu jonów metali, jednak zarówno zużycie (proces mechaniczny) jak i korozja (proces chemiczny) działają synergistycznie („tribokorozja”) w obecności płynu maziowego/synowialnego bogatego w białko. Ta interakcja powoduje generowanie złożonych produktów degradacji. Gdy dwa metale stykają się ze sobą i przechodzą proces trybologiczny (zużycie przez tarcie lub fretting), zużyty materiał w postaci gruzu zostaje uwolniony z ich węzła par trących. Są to cząstki zużycia mechanicznego lub produkty korozji i/lub jony metali. Ogólnie rzecz biorąc, tribokorozja jest procesem nieodwracalnym, skutkującym transformacją/degradacją materiału z wynikającą zmianą funkcji mechanicznej urządzenia. Wynika to z synergicznej interakcji mechanizmów ślizgowych, ściernych, frettingu, korozji szczelinowej i galwanicznej prowadzących do mechanicznej zmiany implantu. Tribokorozja systemów biologicznych jest trudna do przetestowania ze względu na złożoność struktury powierzchni i dużą liczbę zaangażowanych procesów. Odkrycie efektu synergicznego może wnieść wiele istotnych informacji na temat powstawania biotribowarstw, ich struktury i jednorodności na powierzchni implantu oraz wszelkich korzystnych (lub szkodliwych) efektów.

EN

An ideal hip joint endoprosthesis material should have bone module flexibility, high corrosion and wear resistance, and excellent biocompatibility. To achieve maximum implant performance and durability, manufacturers employ different materials for different parts of the implant. Corrosion plays an important role in the release of metal ions, however both wear (mechanical process) and corrosion (chemical process) act synergistically („tribocorrosion”) in the presence of protein-rich synovial fluid. This interaction generates complex degradation products. When two metals come into contact with each other and undergo a tribological process (wear by means of friction or fretting), the waste material is released as debris from the friction pair. These are wear particles or corrosion products and / or metal ions. In general, tribocorrosion is an irreversible process, resulting in the transformation / degradation of material, and leading to a change of the mechanical function of a device. This is due to the synergistic interaction of sliding and abrasive mechanisms, fretting, crevice and galvanic corrosion leading to a mechanical change of the implant. Tribocorrosion of biological systems is difficult to analyse due to surface structure complexity and a large number of processes involved. The discovery of the synergistic effect can provide much important information on the formation of biotribolayers, their structure and uniformity on the implant surface and any beneficial (or harmful) effects. An ideal hip joint endoprosthesis material should have bone module flexibility, high corrosion and wear resistance, and excellent biocompatibility. To achieve maximum implant performance and durability, manufacturers employ different materials for different parts of the implant. Corrosion plays an important role in the release of metal ions, however both wear (mechanical process) and corrosion (chemical process) act synergistically („tribocorrosion”) in the presence of protein-rich synovial fluid. This interaction generates complex degradation products. When two metals come into contact with each other and undergo a tribological process (wear by means of friction or fretting), the waste material is released as debris from the friction pair. These are wear particles or corrosion products and / or metal ions. In general, tribocorrosion is an irreversible process, resulting in the transformation / degradation of material, and leading to a change of the mechanical function of a device. This is due to the synergistic interaction of sliding and abrasive mechanisms, fretting, crevice and galvanic corrosion leading to a mechanical change of the implant. Tribocorrosion of biological systems is difficult to analyse due to surface structure complexity and a large number of processes involved. The discovery of the synergistic effect can provide much important information on the formation of biotribolayers, their structure and uniformity on the implant surface and any beneficial (or harmful) effects.

2

Disposable pipette extraction phase based on styrene–divinylbenzene/pernigraniline composite, applied for dexamethasone determination in synovial fluid by HPLC with UV detector

Soares Francielle Q., Alvarenga Bruna F., Ruggiero Marçal A., Casanova Monise C., Lima Eliana M., Rabelo Denilson, Chaves Andréa R.

Acta Chromatographica

|

2019

|

Vol. 31, no. 4

250--254

EN

A reliable method using disposable pipette extraction (DPX) based on composite of pernigraniline and styrene–divinylbenzene (Sty–DVB) copolymer was applied to the analysis of dexamethasone in synovial fluid using high-performance liquid chromatography and ultraviolet (UV) detector (HPLC–UV). DPX variables, namely, number of draw/eject cycles for extraction or desorption, sample pH, volume, and desorption solvent, were optimized to establish the best sorption equilibrium and analysis time. The highest extraction efficiency value was obtained with 50 μL of synovial fluid mixed with 1950 μL of water, in five cycles of 300 μL of sampling, followed by liquid desorption of the drug with 300 μL of methanol in three cycles. The developed method demonstrated a linear response over the range from 10 to 100 ng/mL, with R2 = 0.993. The limit of quantification (LOQ) was 10 ng/mL. Based on the validation results, the proposed method can be a useful tool to detect dexamethasone levels in synovial fluid.

3

Double-diffusive convection of synovial (couple-stress) fluid in the presence of Hall current through a porous medium

Singh M.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2018

|

Vol. 23, no. 4

963--976

EN

An investigation made on the effect of Hall currents on double-diffusive convection of a compressible synovial (couple-stress) fluid in the presence of a horizontal magnetic field through a porous layer is considered. The analysis is carried out within the framework of linear stability theory and normal mode technique. A dispersion relation governing the effects of viscoelasticity, compressibility, magnetic field and porous layer is derived. For the stationary convection, a synovial fluid behaves like an ordinary Newtonian fluid due to the vanishing of the viscoelastic parameter. The stable-solute gradient, compressibility, and magnetic field have postponed the onset of convection, whereas Hall currents and medium permeability have not postponed the onset of convection, moreover, a synovial fluid has a dual character in the presence of Hall currents, whereas in the absence of Hall current in synovial fluid have postponed the onset of convection, which is in contrast in case of thermal convection couple-stress fluid with same effects. These analytic results are confirmed numerically and the effects of various parameters are depicted graphically. It has been observed that oscillatory modes are introduced due to the presence of viscoelasticity, magnetic field, porous medium and Hall currents which were non- existent in their absence. The sufficient conditions for the non-existence of overstability are also obtained.

4

Analiza mechanizmu smarowania stawów człowieka w badaniach in vitro oraz in vivo

Ryniewicz A. M., Ryniewicz A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2014

|

R. 90, nr 5

142--145

PL

Celem opracowania było wyjaśnienie doskonałego mechanizmu smarowania w stawach prawidłowych na podstawie badań reologicznych cieczy synowialnej oraz identyfikacji struktur i kształtu powierzchni stawowych. Proces smarowania stawów może być określony bioelastohydrodynamicznym smarowaniem. Wyróżnia się generowaniem naprężeń normalnych w cieczy synowialnej oraz efektem wynikającym z geometrii biołożyska, który polega na przejęciu obciążeń przez ciśnienie w układzie anatomicznych klinów smarnych.

EN

The aim of the study was to clarify the perfect mechanism of lubrication in the normal joints on the basis of synovial fluid rheology and the identification of structures and shape of the articular surfaces. The lubrication of joints can be determined bioelastohydrodynamic lubrication. Distinguished by generation of normal stresses in the synovial fluid and the effect resulting from the geometryof biobearing, which consists of the acquisition by the load pressure in the anatomical wedges lubricants.

5

Mechanical parameters of a squeeze film step biobearing with a porous layer lubricated by a couple-stress fluid

Jurczak P.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2010

|

Vol. 15, no 3

707-718

EN

The flow of a synovial fluid modelled as a couple-stress fluid in a squeeze film biological bearing with a permeable layer is considered. The biobearing is modelled by two rotational surfaces and the permeable layer is adhered to the curved impermeable surface. The flow in a squeeze film biobearing is considered with inertia and the Navier-Stokes and Poisson equations are uncoupled by using the Morgan-Cameron approximation. The flow of a couple-stress fluid in permeable layer satisfies the modified Darcy's law. As an example the biological bearing modelled by two parallel surfaces is discussed.

6

Tribological properties of tissue in biobearings and bioreactors as the histotribological parameters.

Wierzcholski K., Ghaemi M.H.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2005

|

Vol. 40, nr 3

17-30

EN

This paper presents the main ideas behind a Transfer of Knowledge (ToK) project funded by European Commission, called "BioBearing". BioBearing is designed to be run for the period of 2005-2008. The main field of research is tribology of tissue. Tissue is considered as a histotribological element. Particularly, lubrication of human joints by non-Newtonian synovial fluids in unsteady state condition is considered. In this relation, stochastic behavior of cartilage deformation in human joints is described. Additionally, the cultivation process of cartilage tissues of human joints in bioreactors and possibility of shear force and shear rate control during this process will be investigated.

PL

Autorzy przedstawiają zarys głównych celów badawczych podjętych w unijnym projekcie badawczym zatwierdzonym przez komisję Europejską do realizacji w latach 2005-2008. Koordynatorem projektu jest K. Wierzcholski, autor niniejszego artykułu. Badania teoretyczne, numeryczne i eksperymentalne dotyczyć będą problemów tribologii tkanek jako elementów histotribologii a w szczególności smarowania stawów nienewtonowskimi cieczami synowialnymi w warunkach nieustalonych z uwzględnieniem deformacji chrząstki stawowej w opisie stochastycznym. Ponadto rozpatrywany będzie problem hodowli chrząstki stawowej w bioreaktorze z uwzględnieniem możliwości sterowania siłami tarcia.

7

Modeling and control of capacities in human joint gap for unsteady periodic motion and magnetic field

Wierzcholski K. C.

Journal of Applied Computer Science

|

2004

|

Vol. 12, nr 1

127-148

EN

This paper presents numerical modeling and control for synovial fluid unsymmetrical hvdrodynamic lubrication of human joints in periodically changed time and unsteady magnetic field. We assume that bonehead in human joint moves in two different directions. Basic equations are solved on the analytical and numerical way. Numerical calculations are performed in Mathcad 2000 Professional Program, using the method of Finite Differences. Stability of numerical solutions of partial differential equations was examined.

8

Capacity of deformed human joint gap in time-dependent magnetic field

Wierzcholski K. Ch.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2003

|

Vol. 5, nr 1

43-65

EN

Analysis of carrying capacity of synovial unsymmetrical fluid flow in deformed, human joint gap, especially in hip joint, is presented. The following assumptions are taken into account: stationary, isothermal and incompressible synovial unsymmetrical fluid flow in time-dependent magnetic field rotation motion of bone head, squeeze of synovial fluid in human joint gap, changeable synovial non-Newtonian fluid viscosity, changeable and deformed gap height in human joint, and constant synovial fluid density. The simplified system of basic equations for pressure and synovial velocity distribution are analysed. Numerical and analytical formulae for capacity force taking into account conjugation fields of the stresses and deformations occurring in elastic cartilage and in synovial fluid obtained by virtue of theory of elasticity and fluid mechanics can be considered as the novely of this paper. Analytical solutions for he values of capacity forces allow easy numerical calculations, which may be very useful for medical diagnosis.

9

Non stationary lubricant flow of synovial fluid in a human hip joint

Wierzcholski K.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2002

|

nr 18

439-444

EN

This paper shows analytical formulae for velocity components and pressure for synovial fluid unsymmetrical flow in hip joint time dependent variable gap lubricated in unsteady motion.

PL

Niniejsza praca wyprowadza formuły analityczne dla składowych prędkości i dla ciśnienia w niesymetrycznym przepływie cieczy synowialnej w zmiennej, zależnej od czasu szczelinie stawu biodrowego smarowanego ruchem niestacjonarnym.

10

Friction coefficient for synovial fluid unsymmetrical flow in human hip joint.

Wierzcholski K.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2002

|

Vol. 37, nr 3

181-189

EN

Analysis of the friction coefficient for synovial unsymmetrical fluid flow in human hip joint is presented in this paper. We assume: stationary, isothermal and incompressible synovial unsymmetrical fluid flow, rotational motion of human bone head, changeable synovial non-Newtonian fluid viscosity, changeable gap height in human joint, and constant synovial fluid density. A new element of this paper are analytical formulae for friction coefficient and numerical values, which contain changeable synovial fluid viscosity and changeable height of bearing gap for unsymmetrical flow of synovial fluid. The main aim of this paper is to calculate a formula for friction coefficient in hip joint for changeable gap height and for hydrodynamic lubrication taking into account rotation of bone head in unsymmetrical flow. Numerical calculations are performed in Mathcad 2000 Proffessional Program, taking into account the method of Finite Differences. This method satisfies stability for numerical solutions of partial differential equations and for values of friction coefficients occuring in human joints. Obtained numerical results of friction coefficients have applications in medicine.

PL

Analiza numeryczna współczynnika tarcia została wykonana dla niesymetrycznego, izotermicznego stacjonarnego przepływu nienewtonowskiej cieczy synowialnej w stawie biodrowym człowieka z uwzględnieniem zmiennej lepkości zależnej od zmian prędkości deformacji w trakcie smarowania. Takie rozwiązania nie były przedmiotem badań w dotychczasowych pracach autora. Nowym wynikiem uzyskanym w niniejszej pracy są numeryczne wartości współczynników tarcia w stawie biodrowym człowieka uzyskane dla rzeczywistych warunków pracy z uwzględnieniem niekonwencjonalnych warunków smarowania. Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie Mathcad 2000 z wykorzystaniem metody różnic skończonych podczas całkowania równań różniczkowych cząstkowych w obszarach smarowania stawu cieczą synowialną. Uzyskane wyniki numeryczne wartości współczynników tarcia występujących w szczelinie stawu biodrowego człowieka zostały porównane z wynikami uzyskanymi przez innych autorów dla cieczy synowialnej o własnościach newtonowskich oraz znalazły zastosowanie w ortopedycznej terapii.

11

Method of solutions of synovial fluid squeeze flow in magnetic field for human joint gap

Wierzcholski K.

Journal of Applied Computer Science

|

2002

|

Vol. 10, nr 2

119-138

EN

In this paper are considered mathematical methods of solution of synovial fluid velocity components and pressure distribution for unsymmetrical squeeze flow in magnetic field in human joint gap between two rotational orthogonal. curvilinear bone surfaces.

12

Electrophysical properties of synovial fluid as a lubricating medium of joints

Pinchuk L., Tsvetkova E., Kadolich Z., Nikolaev V.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2002

|

Vol. 7, Spec. is

41-45

EN

The work presents the results of studying interrelation between synovial fluid lubricity and its conductivity and charge state of the friction surface in UHMWPE - CoCrMo pair. Negative charging of UHMWPE part surface was found to induce an improving action on the lubrication mechanism and reduced friction coefficient of the pair.

13

Effect of UHMWPE hydrophilic properties upon friction in artificial joints

Tsvetkova E.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2002

|

Vol. 7, Spec. is

51-54

EN

Hydrophilic properties upon electrophysical treatment of UHMWPE have been estimated and optimum regimes of such treatment have been determined. Variation kinetics of water receptive capacity on the sample surface has been defined and dynamics of spontaneous extraction of introduced into the microporous matrix drugs has been studied.

14

Liqiud crystalline properties of synovial fluid

Szwajczak E., Kucaba-Piętal A., Telega J. J.

Engineering Transactions

|

2001

|

Vol.49, iss.2/3

315-358

EN

The main aim of this paper is to discuss the liquid crystalline concept of synovial fluid. This new concept was proposed by Kupchinov [30] and was next developed in [31, 32, 58]. According to these papers, the crystalline structure of synovia ensures very low friction coefficient in human (and animal) joints. Experimental data in favour of crystalline structure of synovia have been discussed. Mathematical model of such fluid, based on Eringen's theory [14, 15], has been advanced.

15

Modelling of lubrication mechanism in human joints using micropolar fluid theory

Kucaba-Piętal A.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

1999

|

nr 3

593-606

EN

The paper aims at presentation of modelling of human joints withinthe framework micropolar fluid theory. A mathematical model of two converging spheres represents the biobearings. In the model the boundaries of the spheres are considered to be rigid and the lubricant (synovial fluid) is represented by a micropolar fluid. Basing on the asymptotic solution obtained for squeezing motion of converging spheres (Kucaba-Piętal, 1999), the velocity vector in a gap is determined and asymptotic values of the forceare calculated. The effects or rheological constants variation on the flow field in a gap are disscussed.

PL

Przedmiotem pracy jest opis smarowania w stawach na bazie teorii płynów mikropolarnych. Rozpatrywany jest ruch ciśnieniowy (squeezing). Staw (biodrowy) modelowany jest za pomocą układu dwóch kul o twardych powierzchniach. Zakłada się, że przepływ opisany jest równaniem Stokesa. Na bazie rozwiązania asymptotycznego obliczono rozkład prędkości w szczelinie stawowej oraz wartość działającej asyptotycznie siły. Stałe reologiczne mazi stawowej oszacowano na podstawie danych eksperymentalnych.

16

Polymer insert of hip joint cup endoprosthesis with modified friction surface

Tsvetkova E., Kadolich Z., Pinchuk L.

Applied Mechanics and Engineering

|

1999

|

Vol. 4, no spec.

247-250

EN

The structural and morphological research of a material friction surface of ultra high molecular weight polyethylene for its use in hip joint cup endoprosthesis has been performed. The dependence of tribotechnical performances of the insert microporous material on parameters of charge state and kind of lubricating liquid has been studied.

17

Velocity calculations of synovia symmetrical flow in the changeable gap joint

Czajkowski A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

1998

|

z. 6

65-70

EN

The numerical calculations for three components of the synovial fluid velocity vector were considered and discussed in this paper. The analytical formulae for the components of the fluid velocity vector were obtained in the other author's paper. The presented calculations were performed for the model of the changeable height of the biobearing gap in the axially-symmetric synovial fluid flow occurring between two rotational spherical surfaces of the human hip joint

PL

W pracy przedstwione zostały obliczenia numeryczne współrzędnych wektora prędkości cieczy synowialnej w szczelinie biołożyska. Rozwiązania analityczne uzyskano wcześniej. Obliczenia numeryczne wzraz z interpretacją przeprowadzono dla przyjętego modelu zmiennej wysokości szczeliny w osiowo-symetrycznym przepływie cieczy synowialnej występującym pomiędzy dwiema obrotowymi powierzchniami sferycznymi stawu biodrowego człowieka.

18

Involed analytical solutions for synovial fluid flow in the human joint gap

Wierzcholski K., Czajkowski A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

1998

|

z. 7

347-352

EN

The mathematical method of synovial fluid velocity and pressure determination is presented in this paper. We consider the axially asymmetrical flow in the biobearing gap between two arbitrary rotational orthogona l curvilinear surfaces with non-monotone generating line . We obtain solutions in involvent analytical form.

PL

W niniejszej pracy przedstawiona jest metoda matematyczna wyznaczania prędkości płynu stawowego oraz ciśnienia . Rozpatrujemy osiowo - niesymetryczny przepływ płynu stawowego , w szczelinie biołożyska człowieka , pomiędzy dwoma dowolnymi ortogonalnymi krzywoliniowymi powierzchniami o niemonotonicznej tworzącej . Otrzymujemy rozwiązania uwikłane w postać i analitycznej.

19

Particular calculations of synovial fluid velocities in the gap of the human humeral joint.

Czajkowski A.A.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

1998

|

Vol. 33, nr 2

315-323

EN

The numerical particular calculations for three components of the synovial fluid velocity vector were considered in this paper. The presented calculations were performed for the model of the chandeable height of the biobearing gap in the axially-symmetric synovial fluid flow occuring between two rational spherical bone surfaces of the human humeral joint. There were made some examples of the dimension velocity values obtained for the circumferential, radial and meridional component of the synovial fluid velocity vector.

PL

W pracy przedstawiono obliczenia numeryczne dla współrzędnej równoleżnikowej, promieniowej i południkowej wektora prędkości cieczy synowialnej. Prezentowane obliczenia zostały wykonane dla modelu zmiennej wysokości szczeliny biołożyska generowanej geometrią główki stawu ramiennego człowieka. Rozpatruje się stacjonarny, izotermiczny osiowo-symetryczny przepływ nieściśliwej cieczy synowialnej pomiedzy dwiema współpracującymi sferycznymi powierzchniami kostnymi stawu ramiennego. W pracy podaje się sposób obliczania wymiarowych wartości współrzędnych wetora prędkości cieczy przy wykorzystaniu bezwymiarowych wartości otrzymanych w obliczeniach numerycznych.

20

Behavior of synovial fluid squeeze film in biobearing gap.

Wierzcholski K.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

1998

|

Vol. 33, nr 2

325-332

EN

The various biobearing models accuring in human hip joint, knee joint, shoulder joint are lubricated not only by means o classical hydrodynamic lubrication as well by means of squeeze synovial fluid. In this paper we present a model of squeeze synovia film as a new one in such tribology application. The analytical solutions of synovial fluid velocity components and pressure functions are in this paper performed. Moreover we consider the influence of the synovial fluid velocity changes on the joint lubrication problem.

PL

Praca przedstawia wstępne rozważania na temat rozwiązań problemu wyciskania cieczy synowialnej w szczelinie biołożyska człowieka. W niniejszej pracy uzyskano pewne rozwiązania analityczne tego problemu przy pomocy uproszczonych równań podstawowych hydromechaniki w układzie współrzędnych prostokątnych. Uzyskane rozwiązania analityczne biorą pod uwagę wpływ ciśnienia na zmiany lapkości dynamicznej cieczy synowialnej. Obliczenia numerycznej w tej pracy nie zostały przeprowadzone.