関節軟骨の階層性，異方性構造に着目したバイオインスパイアードハイドロゲルの開発

开发关注关节软骨分层和各向异性结构的仿生水凝胶

• 批准号: 21K03840
• 负责人: 鎗光 清道
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University (2022)Tokyo Metropolitan University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03840/
• 关键词: ハイドロゲル; 階層構造; 弾性率; 摩擦; 固液二相性潤滑; 温湿度制御; 高強度ゲル; 低摩擦; 低摩耗; 傾斜構造; バイオインスパイアード; 階層性; 異方性

2022年度は，階層性ポリビニルアルコール(PVA)ハイドロゲル作製の基盤技術構築および階層構造付与によるハイドロゲルの潤滑機能向上メカニズムの検討のため，階層構造ハイドロゲルの製作およびその力学・摩擦特性評価を行った．平均重合度1700，ケン化度98.0~99.0mol%のPVAの15wt%水溶液を原料とし，60℃，80%RHの高温高湿環境下にて乾燥処理を行い作製した高弾性率PVAキャストドライゲル上に，8℃，50%RHの低温環境下で乾燥処理を行った低弾性率PVAキャストドライゲルを積層した階層構造ハイドロゲルを作製した．なお，高弾性率ゲル層の厚さを一定とした上で，低弾性率ゲル層の厚さを複数種設定したものを作製し，低弾性率層の厚さの違いが力学・摩擦特性に及ぼす影響を検討した．インデンテーション試験の結果，低弾性率層が薄いゲルほど，下地の高弾性率ゲル層による変形拘束の影響によりゲルの剛性が高まることが明らかとなった．また，球状ガラスプローブを相手とした摩擦評価により，低弾性率層が薄いほうがより低摩擦となる傾向が見られた．これらの結果により，ゲルの階層構造がその力学，摩擦特性に影響を及ぼすことが明らかとなった．これは，負荷時の低弾性率ゲル層の変形が高弾性率ゲル層に拘束されることにより剛性が向上すること，および摩擦負荷時の接触面積の低減，ゲル内部の水分流動の制限により固液二相性潤滑機能が向上することによるものであると推察された．

在2022财年，我们进行了分层水凝胶的制造，并评估了它们的力学和摩擦特性，以建立用于制造分层聚乙醇（PVA）水凝胶的基本技术，并检查了通过提供分层结构来改善水凝胶功能的机制。通过堆叠高模量PVA铸造干凝胶来制备分层水凝胶，该凝胶在低模量环境下干燥8°C和50％RH，使用15 wt％的PVA水溶液，平均聚合度的平均聚合度为1700，并根据98.0至99.0摩尔的含量为99.0摩尔，在原始材料中，在原始材料中，在原始材料中，在原始材料中，并在原始材料中，在原始质量上，并在原始的质量上，并在原始的质量上，在原始的质量上，PVA在PVA中，并在原始的质量上，并在原始的Moduus上进行了PVA，并在原始质量上进行了PVA，并在PVA上进行了良好的凝胶。 60°C和80％RH的高湿度环境。此外，在保持高模量凝胶层恒定的厚度的同时，制备了多种类型的低模量凝胶层厚度，并检查了低模量层厚度差异对机械和摩擦特性的影响。压痕测试表明，较薄的模量层较薄的凝胶，由于基础高模量凝胶层引起的变形约束的影响，凝胶的刚度增加。此外，针对球形玻璃探针的摩擦评估表明，较薄的低模量层倾向于降低摩擦。这些结果表明，凝胶的层次结构会影响其动力学和摩擦特性。这被认为是由于以下事实：在负载下，低弹性模量凝胶层的变形被限制在高弹性模量凝胶层上，并且通过减少摩擦载荷下的接触面积和限制凝胶内部的水分流，可改善固体液双相润滑功能。

项目成果

Influence of collagen fibre orientation on the frictional properties of articular cartilage

胶原纤维取向对关节软骨摩擦性能的影响

• DOI: 10.1049/bsb2.12005
• 发表时间: 2021
• 期刊: Biosurface and Biotribology
• 作者: Yarimitsu Seido;Ito Kei;Fujie Hiromichi
• 通讯作者: Fujie Hiromichi

複合型PVA ハイドロゲルの摩擦特性に関する研究

复合PVA水凝胶摩擦性能研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 渡邊嵩士;鎗光清道;澤江義則
• 通讯作者: 澤江義則

Influence of Drying Condition on Tribological Property of Poly(Vinyl Alcohol) Hydrogel

干燥条件对聚乙烯醇水凝胶摩擦学性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Seido Yarimitsu;Teruo Murakami;Atsushi Suzuki
• 通讯作者: Atsushi Suzuki

ポリビニルアルコールハイブリッドゲルの摩擦・摩耗特性に及ぼす乾燥温湿度の影響（第2報）

干燥温度和湿度对聚乙烯醇杂化凝胶摩擦磨损性能的影响（第二报告）

• 发表时间: 2021
• 作者: 鎗光清道;村上輝夫;鈴木淳史
• 通讯作者: 鈴木淳史

Rheological and frictional analysis of viscosupplements towards improved lubrication of human joints

对粘性补充剂进行流变学和摩擦分析，以改善人体关节的润滑

• DOI: 10.1016/j.triboint.2021.107030
• 发表时间: 2021
• 期刊: Tribology International
• 影响因子: 6.2
• 作者: Rebenda David;Vrbka Martin;Ne?as David;Toropitsyn Evgeniy;Yarimitsu Seido;??pek Pavel;Pravda Martin;Hartl Martin
• 通讯作者: Hartl Martin