Tribology of hydrogels for articular cartilage replacement

Bakalářská práce se zabývá popisem tribologických vlastností lokálních kloubních náhrad v místě defektu chrupavky. Aplikace lokálních náhrad cílí na skupinu mladších pacientů, kteří musí podstoupit zákrok opravy poškozené chrupavky, ale není pro ně vhodná totální náhrada z důvodu její životnosti. Kontakt lokální náhrady a protilehlé chrupavky byl simulován pomocí kovových vzorků a hydrogelu, který má velmi podobné vlastnosti jako přirozená chrupavka. Pro možné porovnání hodnot proběhlo tribologické měření vzorků chrupavky vůči hydrogelu. Tato dvojice slouží jako model pro definování tření ve zdravém kloubním spojení. Hlavním úkolem této práce bylo určit součinitel tření Ti6Al4V, Ti6Al4V+DLC, CoCrMo a chrupavky vůči hydrogelu. Experimenty byly realizovány pomocí tribometru v konfiguraci pin-on-plate. Slitina Ti6Al4V bez povlaku i s povlakem DLC vyšla s nejnižším součinitelem tření pro obě varianty téměř shodně 0,0526. U CoCrMo bylo naměřeno vyšší tření, ale lišilo se od titanové slitiny do jedné setiny. Naopak nejvyšší součinitel tření se nečekaně projevil u vzorků chrupavky, kde byl předpoklad nejnižšího tření. Chyba byla dána špatným výběrem vzorků chrupavky. Tato práce zjednodušeně popisuje tribologické chování lokálních náhrad a výsledkem je materiál s nejnižším součinitelem tření. Provedená měření by mohla pomoci dalšímu výzkumu problematiky lokálních náhrad.The bachelor's thesis deals with the description of the tribological properties of focal joint implants in the place of a cartilage defect. The application of focal implants is aimed at a group of younger patients who have to undergo surgery to repair damaged cartilage, but a total replacement is not suitable for them due to its lifetime. The contact of the focal implant and the opposite cartilage was simulated using metal samples and hydrogel, which has very similar properties to natural cartilage. For a possible comparison of values, a tribological measurement of the cartilage samples against the hydrogel was carried out. This pair serves as a model for defining friction in a healthy joint. The main task of this thesis was to determine the coefficient of friction of Ti6Al4V, Ti6Al4V+DLC, CoCrMo and cartilage against the hydrogel. The experiments were carried out using a tribometer in a pin-on-plate configuration. The Ti6Al4V alloy without coating and with DLC coating came out with the lowest coefficient of friction for both variants, almost identically 0.0526. Higher friction was measured for CoCrMo, but it differed from the titanium alloy to one-hundredth. On the contrary, the highest coefficient of friction was unexpectedly manifested in the cartilage samples, where the lowest friction was assumed. The error was due to poor selection of cartilage samples. The thesis simply describes the tribological behaviour of focal implants and the result is a material with the lowest coefficient of friction. The measurements performed could help further research into the issue of focal implants.