Tribologie lokálního implantátu kyčelního kloubu

Abstract

Tato diplomová práce se zaměřuje na experimentální hodnocení tribologických vlastností vybraných náhradových materiálů určených k fokální náhradě kyčelní chrupavky. Cílem bylo zjistit součinitel tření, míru opotřebení a stabilitu přítlačné síly při kontaktu s biologickým modelem chrupavky. Práce se věnovala porovnání čtyř materiálů (PEEK, Ti6Al4V, Ti6Al4V+DLC a CoCrMo) a modelového hydrogelu PVA. Testování probíhalo pomocí konfigurace pin-on-plate na zařízení Bruker UMT Tribolab ve dvou fázích – materiálové a geometrické (zapuštění). Byly sledovány krátké, dlouhé a blokové testy v roztoku PBS a synoviální tekutině. Výsledky ukázaly, že PEEK dosahuje nejnižšího součinitele tření a vysoké stability. DLC povlak na Ti6Al4V snižoval tření oproti nepovlakované variantě. Vliv smáčivosti se jako určující faktor nepotvrdil. V druhé fázi bylo jako optimální zapuštění určeno 0,4 ± 0,2 mm, které zajistilo stabilní přítlačnou sílu. Získané výsledky přispívají k vývoji šetrnějších implantátů, které mohou oddálit nutnost totální náhrady kyčelního kloubu a snížit invazivitu chirurgického zákroku.

This thesis focuses on the experimental evaluation of tribological properties of selected materials intended for focal hip cartilage replacement. The aim was to assess the coefficient of friction, wear, and contact force stability during interaction with a cartilage-mimicking model. The study compared four materials (PEEK, Ti6Al4V, Ti6Al4V+DLC, and CoCrMo) and a PVA hydrogel model using a pin-on-plate setup on the Bruker UMT Tribolab device in two phases—material and geometric (implant depth). Short, long, and block tests were conducted in PBS and synovial fluid. The results showed PEEK had the lowest coefficient of friction and high measurement stability. The DLC coating on Ti6Al4V significantly reduced friction compared to the uncoated variant. Surface wettability was not confirmed as a key factor. In the second phase, the optimal implant depth was determined to be 0.4 ± 0.2 mm, ensuring stable contact force. The findings contribute to the development of less invasive implants that could delay the need for total hip replacement and reduce surgical burden.