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

阐明一种新的高强度凝胶机制，可实现宽弹性范围和断裂韧性

• 批准号: 15J08689
• 负责人: 近藤 真司
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08689/
• 关键词: 高分子ゲル; 力学特性; 可塑性; 力学的信頼性

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。

Private は, ゲ ル に once - shaped さ せ る と force を take り except い て も そ の ま ま の form が residual る plastic parts を あ え て group み 込 む こ と で, long-term with じ strength between と scalability を bartender つ こ と の で き る material を め the early で て be presently し た. Youdaoplaceholder0 ゲ と と ゲ, polymer <s:1> three-dimensional mesh structure が, solvent を containing んだ soft ら ら ら を materials を refer to す. Scalability に rich み, liquid を keep で き る と い っ た ユ ニ ー ク な, 徴 を have し て い る こ と か ら, food や cosmetics と said っ た daily necessities, コ ン タ ク ト レ ン ズ や オ ム ツ な ど の medical, health supplies と し て picture hiroo く make わ れ て い る. し か し な が ら, ゲ ル は Qiao り return し load が か か る と by 発 に 壊 れ て し ま う nature を hold つ た め, material の durability と い う 観 point か ら problem が あ っ た. Private は, が send り で molecules in aqueous solution set ま っ て aggregate を as る properties (aggregation) を hold つ polymer を, ゲ ル の に に uniform mesh structure group み 込 む こ と で, ゲ ル に plasticity を give し, long-term と を bartender つ scalability performance with じ strength between を め the early で て be presently し た. Today back to open 発 し た ゲ ル で は, water で ゲ ル の mesh に in homogeneous に scattered し た coagulation collective が, ゲ ル の を mesh structure reinforcing す る. ゲ ル に load が か か る と, mesh structure が 壊 れ る に before setting the collective の a が priority に 壊 れ る こ と で, mesh structure に か か る force を う ま く fled が す こ と が で き る. こ の よ う に, collective が の plasticity, Qiao り return し の extension and · 圧 shrinkage に negative け な い strong さ と し な や か さ を ゲ ル に も た ら し た. で 従 to の ゲ ル は water how も Qiao り return し lead っ zhang っ て い る と 壊 れ て し ま う が, private た ち の ゲ ル は water 3 times で に stretch し て, 戻 す を operation more than 100 back even 続 し て Qiao り return し て も 壊 れ な い. Cropping method も シ ン プ ル で, two kinds を の solution mixed ぜ る だ け で who で も Jane 単 に cropping す る こ と が で き る. Future に は や, artificial cartilage artificial intervertebral disk な ど, body の load が か か る parts へ の 応 with や, artificial brawn な ど の Qiao return し qu げ stretch ば し が o め ら れ る も の へ の 応 with が expect さ れ る.

项目成果

可塑性を与えることで長期間『強さ』と 『靭やかさ』を保つゲルを世界で初めて開発

开发出世界上第一种通过赋予可塑性而长期保持强度和韧性的凝胶。

Hydrogel with a reliable deformation region in an aqueous environment

在水环境中具有可靠变形区域的水凝胶

• 发表时间: 2015
• 作者: Shinji Kondo;Takashi Hiroi;Mitsuhiro Shibayama;Ung-il Chung;Takamasa Sakai
• 通讯作者: Takamasa Sakai

水環境において優れた力学的信頼性を有する高分子ゲルの開発

开发在水环境中具有优异机械可靠性的聚合物凝胶

• 发表时间: 2015
• 作者: 近藤真司;廣井卓思;柴山充弘;鄭雄一;酒井崇匡
• 通讯作者: 酒井崇匡

水環境において優れた力学的信頼性を有する高分子ゲルの開発と特性評価

在水环境中具有优异机械可靠性的聚合物凝胶的开发和表征

• 发表时间: 2016
• 作者: 近藤真司;廣井卓思;柴山充弘;鄭雄一;酒井崇匡
• 通讯作者: 酒井崇匡

親疎水性高分子ゲルの粘弾性評価

亲水性和疏水性聚合物凝胶的粘弹性评价

• 发表时间: 2015
• 作者: 近藤真司;鄭雄一;酒井崇匡
• 通讯作者: 酒井崇匡