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• W2744606181 abstract "Synovial joints show outstanding lubrication properties. Even under high load or at different shear conditions the friction coeffcients are the lowest found in nature. At the same time they show a very high wear resistance. The almost frictionless motion is provided by the synovial fluid mediating the motion of two cartilage counterparts. The synovial fluid is a complex entity of different proteins, hyaluronan (HA) and phospholipids. It is assumed that the complex interaction of these molecules is responsible for the fantastic lubrication properties. However, the interplay of the molecules and its functions are not fully understood yet. To shed light on the molecular interplay responsible for low friction, a model system was investigated to study basic aspects of the molecular interactions. The model was composed of HA and the phospholipid DPPC. Both are supposed to have a major influence on the lubrication properties of the synovial joint. Two different experimental designs were chosen: (i) DPPC vesicles in a solution containing HA to study the behavior in bulk and (ii) Si supported DPPC bilayers with adsorbed HA to reveal the structures forming at the cartilage surface. During the course of this study the molecular weight of HA and the solution condition (effect of CaCl2) were systematical varied to investigate their influence on the interaction of DPPC and HA. Further, the effect of high loads as they occur during every day activity was simulated. For this purpose high hydrostatic pressure (up to 2000 bar) was applied to the Si supported samples.DPPC vesicles in HA solution were studied using DSC, DLS and SAXS to obtain a comprehensive picture of the formed structures and interactions. Si supported samples were studied using XRR and fluorescent microscopy to examine the vertical structure of the sample and the lateral arrangement, respectively.The measurements show that HA adsorbs to the headgroup region of DPPC bilayers. Furthermore, they show that low molecular weight HA interacts stronger with DPPC bilayers than high molecular weight HA as the bilayer structure of DPPC was stronger affected by low molecular weight HA. Measurements in a solution containing CaCl2 reveal a strongly enhanced interaction due to the presence of Ca2+ions. Thus, it can be assumed that the interaction is mainly driven by electrostatic forces. Studies at high hydrostatic pressure reveal that HA and CaCl2 in many cases lead to a stabilization of the Si supported DPPC bilayer at high hydrostatic pressure. Die synovialen Gelenke zeigen herausragende Schmiereigenschaften. Die Reibungskoeffizienten sind selbst unter hoher Last und bei verschiedenen Scherraten die niedrigsten, die in der Natur beobachtet werden konnen. Gleichzeitig ist der Verschleis durch Abnutzung minimal. Verantwortlich fur die fast reibungslose Bewegung der Gelenke ist die Synovial Flussigkeit, die die Bewegung von zwei Knorpelgegenstucken schmiert. Die Synovial Flussigkeit ist eine komplexe Mischung aus Proteinen, Hyaluron (HA) und Phospholipiden. Allgemein wird angenommen, dass das Zusammenspiel dieser verschiedenen Komponenten fur die niedrigen Reibungskoeffizienten in den synovialen Gelenken verantwortlich ist. Die genauen Mechanismen und Funktionen des Zusammenspiels sind aber noch nicht hinreichend untersucht.Um die grundlegenden molekularen Interaktionen besser zu verstehen, wurde ein Modellsystem bestehend aus HA und dem Phospholipid DPPC untersucht. Es wird angenommen, dass beide Bestandteile einen grosen Einfluss auf die Schmiereigenschaften der synovialen Gelenke haben. Zwei experimentelle Designs wurden fuur die Untersuchungen genutzt: (i) DPPC-Vesikel in einer HA-Losung, um das Verhalten in Losung zu untersuchen (ii) DPPC auf Silizium-Wafern mit adsorbiertem HA, um Informationen uber die Strukturen zu bekommen, die sich auf den Knorpelgrenzflachen bilden konnen. Im Rahmen der Experimente wurden sowohl das Molekulargewicht von HA als auch die Losungsbedingungen (der Effekt von CaCl2)systematisch untersucht, um deren Einfluss auf die Interaktion von DPPC und HA zu ergrunden. Des Weiteren wurde der Effekt von hohen Lasten, wie er auch wahrend ganz alltaglicher Tatigkeiten vorkommt, untersucht. Zu diesem Zweck wurden hoher hydrostatischer Druck auf die Proben auf den Silizium-Wafern aufgebracht.Um ein moglichst vollstandiges Bild der sich formenden Strukturen und der Interaktionen zwischen den beiden Komponenten zu bekommen, wurden, DPPC-Vesikel in HA-Losung mittels DSC, DLS und SAXS untersucht. Die Proben auf Silizium-Wafern wurden mit XRR und Fluoreszenzmikroskopie untersucht, um Informationen uber die horizontale und die vertikale Struktur zu bekommen.Die Untersuchungen zeigen, dass HA vorrangig in der Region der Kopfgruppen der Lipide adsorbiert. Da HA mit niedrigem Molekulargewicht einen hoheren Einfluss auf die Doppelschichtstruktur von DPPC hat als HA mit einem hohem Molekulargewicht,kann davon ausgegangen werden, dass HA mit niedrigerem Gewicht starker mit DPPC interagiert. Messungen in Losungen mit CaCl2 machen deutlich, dass die Anwesenheit von Ca2+-Ionen die Interaktion deutlich verstarkt. Dieses Ergebnis lasst darauf schliesen, dass die Interaktion von elektrostatischen Kraften dominiert wird. Die Untersuchungen bei hohem hydrostatischen Druck zeigen, dass sowohl HA als auch CaCl2 in vielen Fallen zu einer Stabilisierung der Proben, die auf Silizium-Wafern aufgebracht sind, fuhren." @default.
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