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

超高强度双网络凝胶化学种类多样化及其在人工软骨中的应用

• 批准号: 12F02340
• 负责人: グン 剣萍
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02340/
• 关键词: ハイドロゲル; 高強度; イオン結合; 医療材料; 生体適合性; 粘弾性; 破壊力学; 犠牲結合; ゲル; 再生医療; ダブルネットワーク; ポリイオンコンプレックス

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。

This study で は "bloods combine principle" を yuan に design さ れ た, + と の モ ノ マ ー を ラ ン ダ ム total coincidence さ せ る こ と で have ら れ る high strength struck sex イ オ ン sex ゲ ル (PA ゲ ル) に つ い て, そ の の improved strength, high strength メ カ ニ ズ ム uttered, お よ び raw material と し て の 応 with を refers し た. Annual は yesterday (total coincidence で は な く) ポ リ カ チ オ ン presence で ポ リ ア ニ オ ン を overlap す る と い で う method, with others in strong の 靭 sex を す る ポ リ イ オ ン コ ン プ レ ッ ク ス ゲ ル (PIC ゲ ル) が have ら れ た. PIC ゲ ル は, hot を hang け る, ま た は salt を add す る こ と に よ り easy に ゾ ル - ゲ ル planning move since を こ す こ と が points か っ て お り, processability, formability に optimal れ る material と し て useful で あ る. Youdaoplaceholder0 を で で this year, detailed な physical properties and および processing methods を research on を and PICゲ を <s:1> た. PICゲ ゲ を and PAゲ ゲ と と are much higher than べて めて in terms of <s:1> elasticity and を indicate た た. 弾 sex rate は イ オ ン コ ン プ レ ッ ク ス の state と masato even し て い る と exam え ら れ, イ オ ン base の match column が whole っ て い る こ と に よ り strong い イ オ ン bridging が form さ れ る こ と が main と exam え ら れ る. Strong こ の よ う な い イ オ ン bridging を broken 壊 す る に は big き な エ ネ ル ギ ー を necessary と す る た め, this ゲ ル の broken 壊 靱 は 11.8 kJ/m ^ 2 に も da し た. こ れ は report さ れ て い る ゲ ル の broken 壊 エ ネ ル ギ ー と し て は biggest の ク ラ ス に genus す る. This ゲ ゲ タ タ タ パ パ パ を plasmid adsorbents を indicating さず, and has a が high biosuitability and が <s:1> と が された indicating された. さ ら に, PA ゲ ル と with others に, ゲ ル を cut し て reconnecting さ せ る こ と に よ り growing crack が disappear す る and repair their sexual も し た. The <s:1> ような is superior to the れた property <e:1>, which then forms the させたPICゲ で で わらな variable わらな ゲ った. Forming method again を 応 with し て, PIC ゲ ル を thick salt chemical ナ ト リ ウ に ム solution dissolve さ せ た, に si in the pure water after に detain し out す こ と に よ り, PIC ゲ ル 繊 d が must ら れ た. With others in に, thin solution を く substrate に コ ー ト し, pure water に す こ と に よ っ て ゲ ル を pure water film を, solution に drop す る こ と に よ っ て ゲ ル カ プ セ ル を must る こ と が た. Above の こ と か ら, today back to 発 し た PIC ゲ ル は strength, workability, living body fit を and で せ hold つ, special に medical in the future is expected to be な material で あ る こ と が in stopping さ れ た.

项目成果

ソフト＆ウェットマター研究室ホームページ

软湿物质实验室主页

Effects of temperature and tearing velocity on the fracture energy of polyampholyte physical hydrogels

温度和撕裂速度对聚两性电解质物理水凝胶断裂能的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Tao Lin Sun;Abu Bin Ihsan;Feng Luo;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Jian Ping Gong
• 通讯作者: Jian Ping Gong

Polyampholytes form physical hydrogels of high toughness and self-healing

聚两性电解质形成高韧性和自修复的物理水凝胶

• 发表时间: 2015
• 作者: Tao Lin Sun;Feng Luo;Abu Bin Ihsan;Takayuki Kurokawa;Tasuku Nakajima;Jian Ping Gong
• 通讯作者: Jian Ping Gong

A novel microelectrode method to characterize the internal fracture of polyelectrolyte network of DN gel

一种表征DN凝胶聚电解质网络内部断裂的微电极新方法

• 发表时间: 2014
• 作者: Honglei Guo;Ziliang Wu;Feng Luo;Jamil Ahmed;Takayuki Kurokawa;Masakazu Takahata;Jian Ping Gong
• 通讯作者: Jian Ping Gong