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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD – Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg | Prof. Dr.-Ing. Stephan Tremmel

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Neuer Beitrag: Rheologisches Verhalten einer künstlichen Synovialflüssigkeit – Einfluss von Temperatur, Scherrate und Druck

26. Januar 2021

Das rheologische Verhalten einer künstlichen Synovialflüssigkeit war Untersuchungsgegenstand experimenteller Forschungsarbeiten einer Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Bayreuth, der Universität Erlangen-Nürnberg und des Universitätsklinikums Heidelberg gemeinsam mit Firma Anton Paar Germany GmbH. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden nun in der Zeitschrift „Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials” veröffentlicht.

Trotz des hervorragenden klinischen Leistungsvermögens von Endoprothesen ist die verschleißbedingte aseptische Lockerung eine Hauptursache für vorzeitiges Implantatversagen. Tribologische Untersuchungen werden normalerweise unter Verwendung von Rinderserum als künstliche Synovialflüssigkeit durchgeführt. Um neue Einblicke in die Eignung zur Simulation der menschlichen Synovialflüssigkeit zu erhalten und Empfehlungen für die Bedingungen tribologischer Tests zu geben, wurden genaue rheologische Messungen zum Einfluss von Temperatur, Schergeschwindigkeit und Druck auf Dichte und Viskosität durchgeführt.

Dabei konnte eine Temperaturabhängigkeit von Dichte und Viskosität festgestellt werden, wobei beide Werte mit höheren Temperaturen abnahmen. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität könnte durch ein Arrhenius-Modell angenähert werden. Darüber hinaus konnte Scherverdünnungsverhalten gezeigt werden, welches sich durch ein Cross-Modell beschreiben lässt, das gut mit aus der Literatur bekannten Untersuchungen an menschlicher Synovialflüssigkeit übereinstimmt. Weiterhin wurde eine Anomalie der Druckabhängigkeit der Viskosität gefunden und mit dem Verhalten von Wasser als Hauptbestandteil korreliert. Bei Raumtemperatur nahm die Viskosität zunächst auf ein Minimum ab und stieg dann in Abhängigkeit vom Druck wieder an. Bei Temperaturen, die der menschlichen Körpertemperatur entsprechen war dieser Effekt nicht mehr signifikant. Folglich bestätigt die vorliegende Studie die Eignung von Rinderserum als Ersatzsynovialflüssigkeit und betont die Bedeutung realistischer Testbedingungen, um Übertragbarkeit und Vergleichbarkeit sicherzustellen.

Den vollständigen Beitrag „Rheological behavior of an artificial synovial fluid – influence of temperature, shear rate and pressure“ (DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.104278) unter Autorenschaft von Benedict Rothammer, Max Marian, Florian Rummel, Stefan Schroeder, Maximilian Uhler, J. Philippe Kretzer, Stephan Tremmel und Sandro Wartzack finden Sie hier

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