Mesure du coefficient de friction entre deux surfaces de cartilage en rotation

Nos articulations ont évolué pour permettre un mouvement sans frottement de l'articulation; Le coefficient de frottement du cartilage est si faible qu'il peut être très difficile à mesurer. Un de nos clients a développé un protocole de test innovant pour mesurer les coefficients de frottement statiques et dynamiques. Il était également intéressé à connaître l'effet du temps d'attente avant l'initiation du mouvement sur le coefficient de frottement statique ainsi que l'effet du lubrifiant (PBS ou liquide synovial) sur les deux coefficients.

Nous avons travaillé avec ce client pour adapter son protocole de test et sa configuration expérimentale à notre testeur mécanique multiaxial Mach-1 v500ct (voir image1). De la partie plate de la rainure trochléaire, les têtes fémorales bovines, de gros noyaux cylindriques ostéochondral (2 diamètres différents) ont été récoltés (voir Image 2). Le noyau de grand diamètre a été soigneusement pressé dans un tube flexible transparent (pour créer un mur pour contenir le lubrifiant) et fixé sur un essai fixé sur l'étage de rotation du Mach-1. La pièce de plus petit diamètre a été fixée sous la cellule de charge multiaxiale à l'aide d'un dispositif d'attache personnalisé. (Voir Image1)

Après avoir rempli la chambre de lubrifiant (soit PBS, soit un témoin négatif, soit fluide synovial), la surface du cartilage supérieur a été mise en contact avec la surface de cartilage opposée avec une charge décalée verticale appliquée. En utilisant l'étape de rotation, les deux surfaces ont été tournées l'une contre l'autre après des périodes d'attente prédéfinies. Après quelques ajustements pour tenir compte de la géométrie de la configuration d'essai, les coefficients de frottement ont été calculés en utilisant la valeur de couple le long de l'axe vertical (Tz) divisé par la force verticale (Fz) mesurée entre les surfaces. Les coefficients statiques de frottement sont calculés sur la base du couple requis pour amorcer le mouvement après une certaine période de repos tandis que les coefficients dynamiques ont été calculés en utilisant le couple mesuré lorsqu'une vitesse de rotation spécifique a été atteinte.

Les résultats obtenus (Image3) concordent avec la littérature quant à l'ampleur du coefficient de frottement et, comme prévu, confirment l'impact positif du liquide synovial dans la réduction des coefficients de frottement dans l'articulation.