Name: a friction testing-bioreactor device for study of synovial joint biomechanics, mechanobiology, and physical regulation
Uploaded: 2022-06-02T13:50:00
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Diese Arbeit wurde von der Orthopaedic Scientific Research Foundation, NIH 5R01 AR068133, NIH TERC 5P41EB027062 und NIGMS R01 692 GM083925 (Funder ID: 10.13039/100000057) unterstützt.

Für die vorliegende Studie wurden juvenile Kniegelenke von Rindern verwendet, die aus einem lokalen Schlachthof gewonnen wurden. Studien mit solchen Rinderproben sind vom Columbia Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ausgenommen.
1. Auslegung der Reibungsprüfeinrichtung
HINWEIS: Eine schematische Darstellung des Reibungsprüfgeräts ist in Abbildung 1 dargestellt. Das Gerät ist auf einer starren Grundpla...

Innerhalb des Gelenks besteht eine dynamisch-mechanische Umgebung, da Knorpel Druck-, Zug- und Scherkräften sowie hydrostatischen und osmotischen Drücken ausgesetzt ist44,45. Obwohl Knorpel das wichtigste tragende Gewebe des Gelenks ist, erfährt die Synovia auch Reibungswechselwirkungen mit der Knorpeloberfläche und mit sich selbst in Regionen, in denen sich das Gewebe faltet. Die physikalischen Wechselwirkungen zwischen Knorpel und Synovium sind wahrscheinli...

Osteoarthritis (OA) ist eine schwächende, degenerative Gelenkerkrankung, von der mehr als 32 Millionen amerikanische Erwachsene betroffen sind, mit Gesundheits- und sozioökonomischen Kosten von über 16,5 Milliarden US-Dollar1. Die Krankheit ist klassischerweise durch den Abbau von Gelenkknorpel und subchondralem Knochen gekennzeichnet; Veränderungen an der Synovia haben jedoch kürzlich Anerkennung gefunden, da Synovitis mit OA-Symptomen und Progression in Verbindung gebracht wurde 2,3,4. Bei primärer (idiopathischer) OA hemmt normaler "Verschleiß", der mit dem Altern verbunden ist, die Fähigkeit des Knorpels, seine Trag- und Schmierfunktionen aufrechtzuerhalten. Es hat sich gezeigt, dass die Spannungen, die durch längeren Gleitkontakt von Gelenkknorpelschichten oder Gleitkontakt von Knorpel gegen Implantatmaterialien erzeugt werden, den Delaminationsverschleiß durch Ermüdungsversagen unter der Oberfläche erleichtern 5,6. Da innerhalb des Gelenks eine dynamisch-mechanische Umgebung existiert7,8, können die Reibungswechselwirkungen von Gelenkknorpel und Synovia die Gelenkhomöostase durch Verschleiß auf Gewebeebene und zelluläre Mechanotransduktion beeinflussen. Um diese mechanischen und mechanobiologischen Prozesse zu untersuchen, wurde ein Gerät entwickelt, das die Bewegung des Gelenks mit strenger Kontrolle über die Druck- und Reibungsbelastung 5,6,9,10,11,12,13 repliziert.
Das vorliegende Protokoll beschreibt ein Reibungsprüfgerät, das reziproke, übersetzende Bewegung und Druckbelastung an Kontaktflächen lebender Gewebeexplantate liefert. Das computergesteuerte Gerät ermöglicht dem Benutzer die Kontrolle über die Dauer jedes Tests, die aufgebrachte Last, den Bewegungsumfang der Übersetzungsstufe und die Übersetzungsgeschwindigkeit. Das Gerät ist modular aufgebaut und ermöglicht das Testen verschiedener Gegenflächen, wie z. B. Gewebe auf Gewebe (Knorpel auf Knorpel und Synovium auf Knorpel) und Gewebe auf Glas. Zusätzlich zu den funktionellen Messungen, die der Tester erhält, können Gewebe- und Schmierbadkomponenten vor und nach der Prüfung bewertet werden, um die biologischen Veränderungen zu bewerten, die durch ein bestimmtes experimentelles Regime vermittelt werden.
Studien zur Knorpeltribologie werden seit Jahrzehnten durchgeführt, und es wurden mehrere Techniken entwickelt, um Reibungskoeffizienten zwischen Knorpel und Glas und Knorpel auf Knorpel14,15 zu messen. Die verschiedenen Ansätze werden durch das Gelenk und/oder den interessierenden Schmiermechanismus motiviert. Es gibt oft einen Kompromiss zwischen der Kontrolle experimenteller Variablen und der Rekapitulation physiologischer Parameter. Pendelartige Geräte verwenden intakte Gelenke als Dreh- und Angelpunkt eines einfachen Pendels, bei dem eine Gelenkoberfläche frei über die zweite Oberfläche14,16,17,18 übersetzt wird. Anstatt intakte Fugen zu verwenden, können Reibungsmessungen durch gleitende Knorpelexplantationen über gewünschte Oberflächen 14,19,20,21,22,23,24,25 erhalten werden. Die berichteten Reibungskoeffizienten des Gelenkknorpels schwankten je nach Betriebsbedingungen über einen weiten Bereich (von 0,002 bis 0,5) 14,26. Geräte wurden entwickelt, um die Drehbewegung23,27,28 zu replizieren. Gleghorn et al.26 entwickelten ein kundenspezifisches Multi-Well-Tribometer, um Knorpelschmierprofile mithilfe der Strieck-Kurvenanalyse zu beobachten, und eine lineare oszillierende Gleitbewegung wurde zwischen Knorpel gegen eine flache Glasgegenfläche angewendet.
Dieses Gerät zielt darauf ab, Reibungsreaktionen zu isolieren und die Mechanobiologie lebender Gewebe unter verschiedenen Belastungsbedingungen zu erforschen. Das Gerät verwendet einen vereinfachten Testaufbau, der die Gelenkartikulation durch Druckgleiten simuliert, der sowohl die Roll- als auch die Gleitbewegung annähern kann, mit dem Verständnis, dass der Widerstand in reiner Rollbewegung relativ zum gemessenen Reibungskoeffizienten von Gelenkknorpel29 vernachlässigbar ist. Ursprünglich entwickelt, um die Auswirkungen der interstitiellen Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung auf die Reibungsreaktion von Gelenkknorpel9 zu untersuchen, wurde der Tester seitdem verwendet, um Themen wie Reibungseffekte der Entfernung der oberflächlichen Zone von Knorpel 10, schmierende Effekte von Synovialflüssigkeit11, Knorpelverschleißhypothesen 5,6,30 und Synovium-auf-Gewebe-Reibungsmessungen13 zu untersuchen . Der Reibungstest-Bioreaktor kann Reibungsexperimente unter sterilen Bedingungen durchführen und bietet einen neuartigen Mechanismus, um zu untersuchen, wie Reibungskräfte die mechanobiologischen Reaktionen von lebendem Knorpel und Synovium beeinflussen. Dieses Design kann als biomimetischer Bioreaktor verwendet werden, um die physikalische Regulation von lebendem Gelenkgewebe als Reaktion auf angewandte physiologische Belastung im Zusammenhang mit der diarthrodialen Gelenkartikulation zu untersuchen.
Diese Studie stellt eine Konfiguration für die Synovium-auf-Knorpel-Reibungsprüfung über eine Reihe von Kontaktspannungen und in verschiedenen Schmierbädern vor. Die bewegliche Oberfläche der meisten Gelenke ist zu einem großen TeilSynovialgewebe 31. Während Synovium-auf-Knorpel-Gleiten an primären tragenden Oberflächen nicht auftritt, können die Reibungswechselwirkungen zwischen den beiden Geweben immer noch wichtige Auswirkungen auf die Reparatur auf Gewebeebene und die Zellmechanotransduktion haben. Es wurde bereits gezeigt, dass fibroblastenähnliche Synoviozyten (FLS), die sich auf der intimen Schicht der Synovia befinden, mechanosensitiv sind und auf flüssigkeitsinduzierte Scherspannungreagieren 32. Es wurde auch gezeigt, dass Dehnung 33,34 und flüssigkeitsinduzierte Schubspannung35 die FLS-Schmierstoffproduktion modulieren. Daher kann der direkte Gleitkontakt zwischen Synovium und Knorpel den ansässigen Zellen in der Synovia einen weiteren mechanischen Reiz verleihen.
Nur wenige Berichte über Synoviumreibungskoeffizienten wurden veröffentlicht31,36. Estell et al.13 versuchten, die vorherige Charakterisierung durch die Verwendung biologisch relevanter Gegenflächen zu erweitern. Mit der Fähigkeit des Reibungsprüfgeräts, lebendes Gewebe zu testen, ist es möglich, physiologische Gewebeinteraktionen während der Gelenkartikulation nachzuahmen, um die Rolle der Kontaktscherspannung auf die Synoviozytenfunktion und ihren Beitrag zum Übersprechen zwischen Synovia und Knorpel aufzuklären. Letzteres wurde mit der Vermittlung von Synovialgelenksentzündungen bei Arthritis und Post-Verletzungen in Verbindung gebracht. Aufgrund der physikalischen Nähe von Knorpel zu Synovium und Synovialflüssigkeit, die Synoviozyten enthalten, die eine multipotente Kapazität aufweisen, einschließlich Chondrogenese, wird postuliert, dass Synoviozyten eine Rolle bei der Knorpelhomöostase und -reparatur spielen, indem sie auf die Gelenkoberfläche gepfropft werden. In diesem Zusammenhang kann der physische Kontakt und die gegenseitige Scherung von Knorpel-Synovium und Synovium-Synovium die Zugänglichkeit von Synoviozyten zu Regionen mit Knorpelschädenerhöhen 37,38,39,40. Studien, die Synovium-auf-Knorpel-Konfigurationen verwenden, werden nicht nur Einblicke in die Mechanik und Tribologie des groben Gewebes der Gelenke liefern, sondern auch zu neuen Strategien zur Erhaltung der Gelenkgesundheit führen.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Aluminum foil</td>
			<td>Reynolds Group Holdings</td>
			<td>Reynolds Wrap</td>
			<td>Sterile tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum-framed acrylic enclosure</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Friction tester component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclavable instant sealing sterilization pouches</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>01-812-54</td>
			<td>Sterilization of tools</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclave</td>
			<td>Buxton</td>
			<td></td>
			<td>Sterilization of tools</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beaker (250 mL)</td>
			<td>Pyrex Vista</td>
			<td>70000</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine (Povidone Iodine Prep Solution)</td>
			<td>Medline Industries, LP</td>
			<td>MDS093906</td>
			<td>Sterile tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biological safety cabinet</td>
			<td>Labconco</td>
			<td>Purifier Logic+ Class II, Type A2 BSC</td>
			<td>Sterile tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biospy punch</td>
			<td>Steritool Inc.</td>
			<td>50162</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Box cutter</td>
			<td>American Safety Razor Company</td>
			<td>94-120-71</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circular acrylic-sillicone post (synovium)</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Culture media</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>DMEM (Cat No. 11-965-118; Gibco) supplemented with 50 &#956;g/mL L-proline (Cat. No. P5607; Sigma), 100 &#956;g/mL sodium pyruvate (Cat. No. S8636; Sigma), 1% ITS (Cat. No. 354350; Corning), and 1% antibiotic&#8211;antimycotic (Cat. No. 15-240-062, Gibco)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate (Loctite 420 Clear)</td>
			<td>Henkel</td>
			<td>135455</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dead weights</td>
			<td>OHAUS</td>
			<td></td>
			<td>Normal load</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 200 proof</td>
			<td>Decon Labs, Inc.</td>
			<td>2701</td>
			<td>Dilute to 70 %</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fixed base</td>
			<td>ThorLabs, Inc.</td>
			<td>SB1T</td>
			<td>Friction tester component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps (synovium harvest)</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>11019-12</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps (synovium mounting)</td>
			<td>Excelta</td>
			<td>3C-S-PI</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Horizontal linear encoder (for translating stage)</td>
			<td>RSF Electronics, Inc.</td>
			<td>MSA 670.63</td>
			<td>Friction tester component; system resolution of 1 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot glue gun and glue</td>
			<td>FPC Corporation</td>
			<td>Surebonder Pro 4000A</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>National Instruments Corporation</td>
			<td>LabVIEW&#160; 2010</td>
			<td>Friction testing program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Load cell</td>
			<td>JR3 Inc.</td>
			<td>20E12A-M25B</td>
			<td>Friction tester component; 0.0019 lbs resolution in x&#38;y, 0.0038 lbs resolution in z</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loading platen</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O-ring</td>
			<td>Parker</td>
			<td>S1138AS568-009</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish (60 mm)</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>351007</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PivotLok Work Positioner (tibia holder)</td>
			<td>Industry Depot, Pivot Lok</td>
			<td>PL325</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Removable base</td>
			<td>ThorLabs, Inc.</td>
			<td>SB1B</td>
			<td>Friction tester component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ring stand</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blades</td>
			<td>Havel&#39;s Inc.</td>
			<td>FSC22</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel handle</td>
			<td>FEATHER Safety Razor Co., Ltd.</td>
			<td>No. 4</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screwdriver</td>
			<td>Wera</td>
			<td>3334</td>
			<td>Tissue harvest</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stage</td>
			<td>JMAR</td>
			<td></td>
			<td>Friction tester component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepper motor</td>
			<td>Oriental Motor Co., Ltd.</td>
			<td>PK266-03B</td>
			<td>Friction tester component</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suction tool</td>
			<td>Virtual Industries, Inc.</td>
			<td>PEN-VAC Vacuum Pen</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Support rod</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical scissors</td>
			<td>Fine Science Tools</td>
			<td>14061-09</td>
			<td>Tissue mounting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synovial fluid (bovine)</td>
			<td>Animal Technologies, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Friction testing bath</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Testing bath</td>
			<td>Custom made</td>
			<td></td>
			<td>Phosphate-Buffered Saline (PBS) with protease inhibitors: 0.04% isothiazolone-base biocide (Proclin 950 Cat. No. 46878-U; Sigma) and 0.1% protease inhibitor - 0.05 M ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA (Cat. No. 0369; Sigma)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture incubator</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>Isotemp</td>
			<td>Sterile culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vertical linear encoder (for loading stage)</td>
			<td>Renishaw</td>
			<td>T1031-30A</td>
			<td>Friction tester component; 20 nm resolution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voice coil actuator</td>
			<td>H2W Technologies</td>
			<td>NCC20-15-027-1RC</td>
			<td>Friction tester component</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a friction testing-bioreactor device for study of synovial joint biomechanics, mechanobiology, and physical regulation

Bei der primären Osteoarthritis (OA) hemmt normaler "Verschleiß" im Zusammenhang mit dem Altern die Fähigkeit des Knorpels, seine Trag- und Schmierfunktionen aufrechtzuerhalten, und fördert eine schädliche physikalische Umgebung. Die Reibungswechselwirkungen von Gelenkknorpel und Synovia können die Gelenkhomöostase durch Verschleiß auf Gewebeebene und zelluläre Mechanotransduktion beeinflussen. Um diese mechanischen und mechanobiologischen Prozesse zu untersuchen, wird ein Gerät beschrieben, das in der Lage ist, die Bewegung des Gelenks zu replizieren. Das Reibungsprüfgerät steuert die Abgabe von reziproken Übersetzungsbewegungen und normaler Belastung an zwei sich berührende biologische Gegenflächen. Diese Studie verwendet eine Synovium-auf-Knorpel-Konfiguration, und Reibungskoeffizientenmessungen werden für Tests vorgestellt, die in einem phosphatgepufferten Kochsalzlösung (PBS) oder Synovialflüssigkeitsbad (SF) durchgeführt werden. Die Tests wurden für eine Reihe von Kontaktspannungen durchgeführt, wobei die Schmiereigenschaften von SF unter hohen Belastungen hervorgehoben wurden. Dieses Reibungsprüfgerät kann als biomimetischer Bioreaktor zur Untersuchung der physikalischen Regulation von lebendem Gelenkgewebe als Reaktion auf angewandte physiologische Belastung im Zusammenhang mit der diarthrodialen Gelenkartikulation verwendet werden.

Eine Synovium-auf-Knorpel-Konfiguration wurde verwendet, um juvenile Rinderexplantationen zu reiben. Die Synovia wurde auf einer Acryl-Ladeplatte mit einem Durchmesser von 10 mm montiert, so dass die Innenschicht mit dem darunter liegenden Knorpel in Kontakt kam. Als Knorpel-Gegenfläche wurde ein Tibiastreifen verwendet (Abbildung 6A). Tibialstreifen wurden mit einer Tiefe von ca. 1,4 mm und einer Größe von 10 mm x 30 mm geschnitten. Die Proben wurden 1 h bei 37 °C in einem phosphatgepuf...

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A Friction Testing-Bioreactor Device for Study of Synovial Joint Biomechanics, Mechanobiology, and Physical Regulation

Das vorliegende Protokoll beschreibt eine Reibungsprüfvorrichtung, die gleichzeitig reziprokes Gleiten und normale Belastung auf zwei sich berührende biologische Gegenflächen anwendet.

Ein Reibungsprüf-Bioreaktorgerät zur Untersuchung der Synovialgelenksbiomechanik, Mechanobiologie und physikalischen Regulation

In primary osteoarthritis (OA), normal 'wear and tear' associated with aging inhibits the ability of cartilage to sustain its load-bearing and lubrication ...

Traditionell haben wir den Tester verwendet, um nicht lebendes Gewebe zu untersuchen, um Reibungskoeffizienten zu berechnen, aber wir erweitern die Fähigkeiten des Testers erheblich, um lebendes Gewebe zu testen und biologische Wechselwirkungen zu bewerten. Das Reibungsprüfgerät liefert reziproke Übersetzungsbewegung und Druckbelastung an Kontaktflächen lebender Gewebeexplantate. Das Gerät ist modular aufgebaut und ermöglicht die Prüfung verschiedener biologischer Gegenflächen.Die Methode könnte Aufschluss darüber geben, wie sich Reibungskräfte auf die mechanischen und mechanisch-biologischen Reaktionen von lebendem Knorpel und Synovium auswirken, was zu neuen Strategien zur Erhaltung der Gelenkgesundheit führen kann. Beginnen Sie mit der Ernte des juvenilen Rindersynoviums. Zeichnen Sie mit einer Skalpellklinge die Umrisse der interessierenden Synoviumregion nach.Greifen Sie mit einer Pinzette ein Ende der Synovia und heben Sie sie vorsichtig an, um die Synovia distal bis zum darunter liegenden Knochen zu dehnen. Verwenden Sie eine Skalpellklinge, um die Synovia aus dem Knochen zu entfernen, und legen Sie das Gewebe in geeignete Kulturmedien oder Testbadlösung. Anschließend den Jungrinderknorpel ernten, indem Sie die Tibia in einem verstellbaren Halter sichern.Entfernen Sie den Meniskus vorsichtig und vermeiden Sie dabei den Kontakt mit der Knorpeloberfläche. An den äußeren Rändern des Tibiaplateaus schneiden Sie mit einem Kistenschneider senkrecht zum Knorpel in Richtung Knochen. Schneiden Sie den Knorpel vollständig durch, um gerade Kanten oder Seiten zu erhalten.Entfernen Sie überschüssiges Gewebe. Verwenden Sie an den Außenkanten den Kistenschneider, um an der Grenzfläche zwischen Knochen und Knorpel einen sauberen Schnitt zu machen. Um den Tibiastreifen von der Plateauoberfläche zu entfernen, führen Sie vorsichtig einen Flachkopfschraubendreher unter den Schnitt ein und drehen Sie ihn vorsichtig, um den Gelenkknorpel vom subchondralen Knochen zu lösen.Wenn sich die Probe löst, drücken Sie den Schraubendreher langsam nach vorne, bis sich der Knorpelstreifen vom Knochen löst. Stellen Sie sicher, dass der Schraubendreher in Richtung Knochen gedrückt wird, nicht in Richtung Knorpel. Schneiden Sie mit einem Kistenschneider die Tibiaplateauoberfläche, um rechteckige Proben der gewünschten Größe und Dicke herzustellen.Legen Sie das Gewebe in geeignete Nährmedien oder Testbadlösung. Wenn der Tibiastreifen als untere Gegenfläche verwendet wird, entfernen Sie die abnehmbare Magnetbasis und kleben Sie eine Petrischale mit einem Durchmesser von 60 Millimetern auf die obere Oberfläche der abnehmbaren Basis. Wenn die Petrischale eingeklebt ist, befestigen Sie die abgelöste Basis an der festen Basis und markieren Sie die Petrischale, um eine Gleitrichtung anzuzeigen.Tragen Sie eine kleine Menge Cyanacrylat auf die Mitte des Gerichts auf. Richten Sie den Tibiastreifen an der Gleitrichtung der Bühne aus. Drücken Sie den Knorpelstreifen vorsichtig auf die Schale.Stellen Sie die abnehmbare Magnetbasis auf ihrer gepaarten festen Basis im Reibungsprüfgerät wieder her. Füllen Sie die Petrischale mit der gewünschten Testbadlösung. Wenn die Synovia als obere Gegenfläche verwendet wird, entfernen Sie die Ladeplatte und die Stützstange aus dem Reibprüfgerät.Legen Sie die Synovia auf die kreisförmige Platte. Um die Synovia zu sichern, breiten Sie einen O-Ring über ihren Umfang aus. Ziehen Sie mit einer Pinzette vorsichtig an der Synovia, um das Gewebe straff und flach unter dem O-Ring zu dehnen.Schneiden Sie überschüssiges Gewebe mit einer chirurgischen Schere ab. Stellen Sie die Ladeplatte und die Stützstange auf dem Reibprüfgerät wieder her. Stellen Sie die vertikale Höhe der Ladeplatte so ein, dass die Synovia über der unteren Gegenfläche schwebt und in das Testbad eingetaucht wird.Setzen Sie die montierten Proben in die Reibprüfvorrichtung ein. Öffnen Sie die MF-Datenerfassungsstelle für analoge Datenerstellungen. Initialisieren Sie die Lade-PID und lösen Sie dynamische Anruferfenster im Programm aus.Führen Sie die MF-Datenerfassungsstelle für den analogen Datenaufbau aus, und initialisieren Sie das Fenster load PID, indem Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken. Navigieren Sie im Fenster Dynamischer Anrufer auslösen zur Registerkarte Stepper. Geben Sie die Beschleunigung, Geschwindigkeit und Entfernung der Übersetzungsphase in den Benutzereingabefeldern an.Um die Testdauer einzugeben, klicken Sie auf die Schaltfläche Ordner öffnen unten rechts in der Zeitstandstabelle und wählen Sie den Dateipfad Stepper Time Index aus. Geben Sie dann die Testdauer auf der Registerkarte Sprachspule erneut an. Wählen Sie den Dateipfad des Voice Coil Index aus, indem Sie unten rechts in der Tabelle Zeitstatus auf die Schaltfläche Ordner öffnen klicken und die Datei auswählen.Dies muss unabhängig davon durchgeführt werden, ob die Schwingspule verwendet wird oder nicht. Wenden Sie die normale Last an. Wenn Sie Eigengewichte verwenden, platzieren Sie die gewünschten Gewichte auf den Linearlagern über der Ladeplatte.Stellen Sie sicher, dass die aufgebrachte Last plus das Gewicht der Ladeplatte und der Stützstange die Wägezellen-Nennkapazität nicht überschreiten. Wählen Sie den Pfad und den Dateinamen für die Datenspeicherung mithilfe der Schaltfläche Ordner öffnen rechts neben dem Feld Recht auf Datei aus. Speichern Sie die Datei mit der Erweiterung txt.Zentrieren Sie die untere Gegenfläche unter der oberen Gegenfläche und legen Sie diese als Null-X-Position fest. Führen Sie dazu das Fenster Dynamischer Anrufer auslösen aus, indem Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken. Klicken Sie auf der Registerkarte Stepper auf die Schaltfläche Home, um die Bühne in die zuletzt gespeicherte Null-X-Position zu verschieben.Wenn Gegenflächen nicht ausgerichtet sind, verschieben Sie die Bühne, indem Sie auf die grünen Pfeiltasten nach links und rechts klicken. Wenn die gewünschte Position erreicht ist, klicken Sie auf die Schaltfläche Null, um die aktuelle Bühnenposition als neue Null-X-Position zu speichern. Stoppen Sie das Fenster Dynamischer Anrufer auslösen, indem Sie auf die Schaltfläche Stopp klicken.Sobald die oberen und unteren Gegenflächen zentriert sind, leiten Sie die Reibungsprüfung der Proben ein, indem Sie die zyklische Bewegung der Stufe starten. Sobald sich die Bühne bewegt, bringen Sie die obere Gegenfläche langsam in Kontakt mit der unteren. Lassen Sie den Test laufen, indem Sie die Daten zum Reibungstest sammeln.Nach der gewünschten Testdauer stoppen Sie den Test, indem Sie die Stopp-Taste drücken und die Proben entladen, indem Sie die obere Gegenfläche anheben und aus dem Kontakt mit der unteren Gegenfläche bewegen. Verwenden Sie den benutzerdefinierten Code, um den Reibungskoeffizienten und die Hysterese pro Zyklus zu berechnen. Stellen Sie sicher, dass ein einzelner Ordner alle relevanten Dateien enthält.Öffnen Sie den Reibungszykluslauf. M-Datei. Klicken Sie im Skript auf die Schaltfläche Ausführen.Wählen Sie die zu analysierende Rohdatendatei und den gewünschten Speicherort aus. Die Reibungskoeffizienten- und Hysteresediagramme werden von MATLAB ausgegeben. Eine Synovium-auf-Knorpel-Konfiguration wurde verwendet, um juvenile Rinderexplantationen zu reiben, bei denen die Synovia auf einer Acryl-Ladeplatte mit einem Durchmesser von 10 Millimetern montiert war, so dass die Intimschicht in Kontakt mit dem darunter liegenden Knorpel stand.Ein Tibiastreifen wurde als Knorpel-Gegenfläche verwendet. Ein effektiver Reibungskoeffizient wurde aus dem Durchschnitt von FT dividiert durch FN über jeden reziproken Zyklus berechnet und dann gegen die Testdauer aufgetragen, um einen Reibungskoeffizienten-gegen-Zeit-Plot zu erhalten. Für jeden Test wurden die Reibungskoeffizientenwerte über den gesamten Test gemittelt.In einem PBS-Testbad stiegen die durchschnittlichen Reibungswerte mit zunehmender Kontaktspannung. Umgekehrt blieben die durchschnittlichen Reibungskoeffizientenwerte ähnlich, da die Kontaktspannung in einem Rindergelenkspülbad zunahm. Denken Sie daran, mit dem Sammeln von Lastdaten zu beginnen, bevor Sie die Oberflächen in Kontakt bringen.Dadurch wird sichergestellt, dass eine ordnungsgemäße Tarabelastung berechnet werden kann. Gewebe- und Schmierbadkomponenten können vor und nach der Prüfung beurteilt werden, um die biologischen Veränderungen zu bewerten, die durch ein bestimmtes experimentelles Regime verursacht werden.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Mechanical Engineering

Anatomy and Physiology

Bioengineering

Unit 1

Friction

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A Novel Dreidimensionale-Flow-Kammer-Geräte zu Chemokine gerichtet Extravasation von zirkulierenden Zellen unter physiologischen Bedingungen zu studieren Durchfluss

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