超高強度ダブルネットワークゲルの化学種多様化と人工軟骨としての応用

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では「犠牲結合原理」を元に設計された、＋と－のモノマーをランダム共重合させることで得られる高強度両性イオン性ゲル（PAゲル）について、その強度の改良、高強度化メカニズム解明、および生体材料としての応用を目指した。昨年度は（共重合ではなく）ポリカチオン存在下でポリアニオンを重合するという方法で、同様の強靭性を有するポリイオンコンプレックスゲル(PICゲル)が得られた。PICゲルは、熱を掛ける、または塩を添加することにより容易にゾル-ゲル転移を起こすことが分かっており、加工性・成型性に優れる素材として有用である。そこで本年度は、PICゲルの詳細な物性、および加工法を研究した。PICゲルは、PAゲルと比べて極めて高い弾性率を示した。弾性率はイオンコンプレックスの状態と関連していると考えられ、イオン基の配列が整っていることにより強いイオン架橋が形成されることが主因と考えられる。このような強いイオン架橋を破壊するには大きなエネルギーを必要とするため、本ゲルの破壊靱性は11.8kJ/m^2にも達した。これは報告されているゲルの破壊エネルギーとしては最大のクラスに属する。本ゲルはタンパク質吸着を示さず、生体適合性が高いことも示唆された。さらに、PAゲルと同様に、ゲルを切断して再接合させることにより亀裂が消失する、自己修復性も示した。このような優れた特性は、再形成させたPICゲルでも変わらなかった。再形成法を応用して、PICゲルを濃厚塩化ナトリウム溶液に溶解させた後、純水中に糸状に押し出すことにより、PICゲル繊維が得られた。同様に、溶液を薄く基板にコートし、純水に浸すことによってゲル薄膜を、溶液を純水に滴下することによってゲルカプセルを得ることが出来た。以上のことから、今回開発したPICゲルは強度・加工性・生体適合性を併せ持つ、特に医療面で将来有望な材料であることが示唆された。