広弾性域と破壊靭性を両立した新たなゲル高強度メカニズムの解明

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私は、ゲルに一度変形させると力を取り除いてもそのままの形が残る可塑性部位をあえて組み込むことで、長期間同じ強度と伸縮性を保つことのできる材料を世界で初めて実現した。ゲルとは、高分子の三次元網目構造が溶媒を含んだ柔らかい材料を指す。伸縮性に富み、液体を保持できるといったユニークな特徴を有していることから、食品や化粧品と言った日用品、コンタクトレンズやオムツなどの医療・衛生用品として幅広く使われている。しかしながら、ゲルは繰り返し荷重がかかると突発的に壊れてしまう性質を持つため、材料の耐久性という観点から問題があった。私は、水溶液中で分子が寄り集まって集合体を作る性質（凝集）を持つ高分子を、ゲルの網目構造に均一に組み込むことで、ゲルに可塑性を付与し、長期間同じ強度と伸縮性を保つ性能を世界で初めて実現した。今回開発したゲルでは、水中でゲルの網目中に均質に分散した凝集体が、ゲルの網目構造を補強する。ゲルに荷重がかかると、網目構造が壊れる前に凝集体の一部が優先的に壊れることで、網目構造にかかる力をうまく逃がすことができる。このように、凝集体の可塑性が、繰り返しの引張・圧縮に負けない強さとしなやかさをゲルにもたらした。従来のゲルは水中で何度も繰り返し引っ張っていると壊れてしまうが、私たちのゲルは水中で3倍に伸して、戻す操作を100回以上連続して繰り返しても壊れない。作製方法もシンプルで、二種類の溶液を混ぜるだけで誰でも簡単に作製することができる。将来的には、人工軟骨や人工椎間板など、体の荷重がかかる部位への応用や、人工筋肉などの繰返し曲げ伸ばしが求められるものへの応用が期待される。