Experimentální studium tření umělých kloubních chrupavek

Abstract

K náhradě poškozené kloubní chrupavky se používá mnoho konvenčních materiálů, které začínají být nahrazovány inovativními biomimetickými materiály, které kopírují vlastnosti kloubní chrupavky. Jedněmi z těchto materiálů jsou polyvinylalkoholové (PVA) hydrogely zesítěné metodou freeze-thawing a cast-drying. Tyto hydrogely se blíží vlastnostem chrupavky. Za účelem objasnění vlivu kinematických a zátěžných podmínek na tření hydrogelů byly zvoleny tři stupně kluzné rychlosti a zatížení a jednotného maziva-PBS. Součinitel tření FT hydrogelu klesal s rostoucím zatížením. Závislost rychlosti nevykazovala jednotný trend a odpovídala adsorpčně-odpudivému modelu pro PVA gely. Součinitel tření CD hydrogelu rostl s rostoucí kluznou rychlostí dle adsorpčně-odpudivého modelu pro PVA gely. Zvýšení zatížení pří nízkých rychlostech CD hydrogelu vyvolalo mírné snížení součinitele tření. Při nejvyšší rychlosti existovalo optimální zatížení, při kterém bylo dosaženo nízkého součinitele tření. CD hydrogel vykazoval několikanásobně nižší součinitel tření než chrupavka. FT hydrogel dosáhl nižšího součinitele tření než chrupavka pouze při 5 N a 10 mm s-1. Tato práce přispívá pochopení tribologických vlastností PVA hydrogelů.

Many conventional materials are used to replace damaged articular cartilage, which are beginning to be replaced by innovative biomimetic materials that mimic cartilage properties. One of these materials are poly(vinyl alcohol) (PVA) hydrogels crosslinked by freeze-thawing and cast-drying method. These hydrogels possess similar mechanical as articular cartilage. In order to clarify the effect of kinematic conditions on the friction of hydrogels, three levels of sliding speed and load and a uniform lubricant – PBS were chosen. The coefficient of friction of the FT hydrogel decreased with increasing load. The dependence of the sliding speed did not show a uniform trend and corresponded to the adsorption-repellent model for PVA gels. The coefficient of friction of the CD hydrogel increased with increasing sliding speed according to the repulsion-adsorption model for PVA gels. The increase in load at low sliding speeds of CD hydrogel caused a slight decrease in the coefficient of friction. At the highest speed, there was an optimal load at which a low coefficient of friction was achieved. The CD hydrogel showed a lower coefficient of friction than cartilage. The FT hydrogel achieved a lower coefficient of friction than cartilage only at 5 N and 10 mm s- 1. This work contributes to the understanding of the tribological properties of PVA hydrogels.