بررسی نانوتریبولوژی کلاژن نوع ۲: محاسبه ضریب اصطکاک با روش دینامیک مولکولی تحت بارهای مختلف

غضروف مفصلی به دلیل خواص تریبولوژیکی منحصربه فرد خود، به ویژه ضریب اصطکاک پایین، نقش حیاتی در عملکرد مفاصل ایفا می کند. کلاژن نوع ۲، به عنوان جزء اصلی ساختاری غضروف، تاثیر بسزایی در این خواص دارد. در این پژوهش، رفتار نانوتریبولوژیکی تماس بین دولایه کلاژن نوع ۲ در شرایط خشک با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی (MD) و نرم افزار LAMMPS، تحت چهار نیروی فشاری مختلف (۳.۵، ۷، ۱۴ و ۲۸ نانونیوتن) مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، محاسبه کمی ضریب اصطکاک و بررسی وابستگی آن به نیروی فشاری در جهت لغزش عمود بر محور فیبریل های کلاژن بوده است. نتایج نشان می دهد که ضریب اصطکاک با افزایش نیروی نرمال، روند کاهشی کلی از خود نشان می دهد. مقادیر ضریب اصطکاک برای بارهای ۳.۵، ۷، ۱۴ و ۲۸ نانونیوتن به ترتیب حدود ۰.۳۵۳، ۰.۱۹۳، ۰.۱۹۵ و ۰.۰۲۲ محاسبه گردیده است. کاهش ضریب اصطکاک با افزایش بار، با افزایش سطح تماس واقعی در مقیاس اتمی و افزایش تعداد ذرات درگیر در سطح اندرکنش، مرتبط دانسته شده است. افت چشمگیر ضریب اصطکاک در بالاترین بار (۲۸ نانونیوتن) به مقدار ۰.۰۲۲، بیانگر تغییر قابل توجه در مکانیزم های اصطکاکی، احتمالا ناشی از لغزش بین لایه ای موثرتر در این سطح از فشار است. این یافته ها بینش عمیق تری در مورد رفتار اصطکاکی کلاژن در شرایط بارگذاری بالا و کم آبی فراهم کرده و می تواند در طراحی مواد بیولوژیکی و پروتزهای مفصلی با عملکرد بهبودیافته مفید واقع شود.

کلیدواژه ها:

کلاژن نوع ۲ ، ضریب اصطکاک ، دینامیک مولکولی ، LAMMPS ، نانوتریبولوژی ، غضروف مفصلی