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Reducing Friction of Hydrogels toward a soft artificial cartilage

Research Project

Project/Area Number 18K14285
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Yashima Shintaro  九州大学, 理学研究院, 助教 (40768842)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsハイドロゲル / 摩擦 / 摩耗 / 潤滑 / ポリビニルアルコール / 滑り摩擦 / 関節軟骨 / 表面パターニング / ゲル
Outline of Final Research Achievements

Focusing on the hemispherical dimple structure in articular cartilage, we modified a similar shape on the surface of hydrogel, which is treated as a model material for biological tissues. The friction force of the gel was found to be reduced by about 50% due to the dimple structure under certain conditions, and the mechanism was further clarified by measuring the adhesion force and observing the friction interface. In addition, a new evaluation method for wear caused by friction was established for the application of gel as a substitute material for living bodies. It is now possible to evaluate the amount of wear by quantifying the gel-derived polymers present in the lubricant using ultraviolet absorption spectra.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生物の滑らかな運動は関節軟骨の低摩擦性により担保されている。そのメカニズムの解明と応用は多方面で進められており、特にハイドロゲルをモデルとした関節軟骨の摩擦機構解明と、人工関節軟骨のゲルへの置き換えが注目されている。本研究では、ゲルの摩擦と表面形状の関連性について調べた。ゲル表面に軟骨表面に見られる半球状の凹み構造を施し、滑り摩擦が50%程度に低減すること、及びその機構を明らかにした。これはゲルの摩擦制御の新たな手法であるとともに、従来の多くの摩擦低減手法と共存可能である。得られた知見は将来的にハイドロゲルを用いた人工関節に応用され、耐用年数の延長や性能向上に寄与すると考える。

Report

(6 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Wear Evaluation of Poly(vinyl alcohol) Hydrogel by UV Spectrometry and Total Organic Carbon Measurement of Lubricant2022

    • Author(s)
      Haruna Takefuji, Hiroki Iwama, Masahiko Annaka, Shintaro Yashima
    • Journal Title

      Tribology Letters

      Volume: 70 Issue: 4

    • DOI

      10.1007/s11249-022-01672-6

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Shearing-induced contact pattern formation in hydrogels sliding in polymer solution2019

    • Author(s)
      Yashima Shintaro、Hirayama Satoshi、Kurokawa Takayuki、Salez Thomas、Takefuji Haruna、Hong Wei、Gong Jian Ping
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 15 Issue: 9 Pages: 1953-1959

    • DOI

      10.1039/c8sm02428f

    • NAID

      120006809253

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Poly(vinyl alcohol)ゲルの滑り摩擦と表面形状2021

    • Author(s)
      竹藤春菜, 八島慎太郎, 安中雅彦
    • Organizer
      第70会高分子討論会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 紫外分光法によるポリビニルアルコールゲルの摩耗解析2021

    • Author(s)
      竹藤春菜, 八島慎太郎, 安中雅彦
    • Organizer
      日本機械学会M&M2021材料力学カンファレンス
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 軟骨表面構造に着想を得たハイドロゲルの滑り摩擦2019

    • Author(s)
      八島慎太郎、竹藤春菜、安中雅彦
    • Organizer
      日本機械学会第30回バイオフロンティア講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 関節軟骨表面を模したポリビニルアルコールゲルの摩擦と凝着2019

    • Author(s)
      竹藤春菜、八島慎太郎、安中雅彦
    • Organizer
      日本機械学会第32回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 表面半球状パターンをもつポリビニルアルコールゲルの滑り摩擦と凝着2019

    • Author(s)
      竹藤春菜、八島慎太郎、黒川孝幸、グン剣萍、安中雅彦
    • Organizer
      第30回高分子ゲル研究討論会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] ポリビニルアルコールゲルの摩耗と摩擦―相手基板表面粗さの効果2018

    • Author(s)
      八島慎太郎、竹藤春菜、安中雅彦
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 濡れ性の異なる基板に対する表面半球状パターンをもったハイドロゲルの摩擦挙動2018

    • Author(s)
      竹藤春菜、八島慎太郎、黒川孝幸、グン剣萍、安中雅彦
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2024-01-30  

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