Výzkumnéaktivity

Tření, mazání a opotřebení biomedicínských implantátů

Abstrakt:
Výzkum cílí na experimentální analýzy formování mazacích filmů konvenčních a aditivně vyráběných individualizovaných implantátů kloubů pomocí optických metod včetně analýz tření a opotřebení.

Cíle výzkumu:

  • Objasnit mechanismus mazání umělých kyčelních a kolenních kloubů.

  • Popsat procesy mazání a opotřebení 3D tištěných implantátů malých kloubů.

  • Vyvinout optimalizovaný 3D tištěný třecí povrch pro segmentální kloubní náhrady.

Specifikace výzkumu:
Výzkum je charakteristický využitím specifických laboratorních simulátorů (kyčle a kolene), které jsou navrženy a vyrobeny na míru pro daný účel experimentu, včetně aplikace pokročilých optických měřicích metod – kolorimetrické interferometrie a fluorescenční mikroskopie. Mezi zásadní úspěchy lze řadit světové prvenství při analýze tloušťky mazacího filmu v umělém kyčelním kloubu s uvažováním reálné konformity artikulujících povrchů, a to s ohledem na vliv materiálu a průměrové vůle náhrady a složení kloubní kapaliny.

Unikátní je rovněž experimentální popis mechanismu utváření mazacího filmu na obou kondylech kolenní náhrady. Zajímavých výsledků bylo dosaženo v oblasti hodnocení objemového opotřebení extrahovaných umělých kyčelních párů pomocí metody 3D optického skenování. Výzkum je v současnosti rozšiřován do velmi perspektivní oblasti 3D tisku implantátů malých kloubů a segmentálních (lokálních) kloubních náhrad, kde jsou analyzovány třecí povrchy specifických biomateriálů vhodných pro aditivní výrobu pomocí technologie 3D tisku (např. slitina Ti6Al4V).

Publikace:
NEČAS, D.; VRBKA, M.; URBAN, F.; GALLO, J.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. In situ observation of lubricant film formation in THR considering real conformity: The effect of diameter, clearance and material. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2017, vol. 69, no. 5, p. 66-74. ISSN: 1751-6161.
https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.12.018

NEČAS, D.; VRBKA, M.; MARIAN, M.; ROTHAMMER, B.; TREMMEL, S.; WARTZACK, S.; GALANDÁKOVÁ, A.; GALLO, J.; WIMMER, M.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. Towards the Understanding of Lubrication Mechanisms in Total Knee Replacements – Part I: Experimental Investigations. Tribology International, 2021, vol. 156, no. 4, p. 106874-106874. ISSN: 0301-679X. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.106874

ODEHNAL, L.; RANUŠA, M.; VRBKA, M.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. Tribological Behaviour of Ti6Al4V Alloy: An Application in Small Joint Implants. Tribology Letters, 2023, vol. 71, no. 4, p. 125-125. ISSN: 1023-8883. https://doi.org/10.1007/s11249-023-01795-4

Partneři a spolupráce:
Fakultní nemocnice Olomouc, Zdravotníků 248/7, 779 00 Olomouc, Česká republika.

ProSpon spol. s r. o., Jiřího Voskovce 3206, 272 01 Kladno, Česká republika.

RUSH University, 600 S. Paulina St., Chicago, Illinois 60612, USA.

Friedrich-Alexander-Universitat Erlangen-Nürnberg (FAU), Martensstrasse 9, 910 58, Erlangen, Německo.

Projekty:
Vliv složení kloubní kapaliny na utváření mazacího filmu v TEP kyčle, Ministerstvo zdravotnictví ČR – Resortní program výzkumu a vývoje Ministerstva zdravotnictví III, NT14267, 2013-2015.

Vliv tribologických procesů na životnost náhrad kolenního kloubu, Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR – INTER-EXCELLENCE – Podprogram INTER-ACTION, LTAUSA17150, 2017-2020.

Tření a mazání implantátů malých kloubů vyráběných aditivní technologií 3D tisku kovů, Grantová agentura České republiky – Standardní projekty, 22-02154S, 2022-2024.

Kontaktní osoba:
prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.