2015 Fiscal Year Research-status Report
蛋白質吸着挙動の解明による低摩擦維持機構を有する人工関節摩擦面の評価
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15K05765
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中嶋 和弘 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70315109)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 蛋白質吸着膜 / 境界潤滑 / 人工関節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工関節の摩擦に大きく影響する，生体関節液に含まれる蛋白質であるアルブミンとγ-グロブリンの吸着膜の摩擦特性について調査を行った．これまでの研究から２種の蛋白質はそれぞれ異なるトライボロジー特性を有することが示唆されており，摩擦摩耗を低減させるためには２種の蛋白質が協調的に効果を発揮する必要があると考えられる．その協調的な吸着膜の機能および形成メカニズムを解明するためにはそれぞれの蛋白質膜の特性を把握する必要がある．本年度は蛋白質吸着膜の摩擦特性と脱吸着特性について，調査を行った．
蛋白質吸着膜の摩擦挙動を調査するために往復動摩擦試験機を用いた．この試験機には電気化学セルを液槽として取り付けてあり，摩擦試験中での蛋白質の脱吸着挙動をin situで取得することができる．蛋白質膜は接触面圧により影響されることが考えられたため，接触面圧を0.05～14.5MPaまで変化させて測定を行った．
アルブミン，γ-グロブリン共に接触面圧に摩擦係数が影響されることを示した．5MPa未満では摩擦係数は面圧の増加と共に減少し，5MPa以上では摩擦係数は面圧の増加と共に急激に増加する傾向を示した．従って，5MPa未満では流体膜，5MPa以上では固体膜のようにふるまうことが示唆された．一方，脱吸着挙動においては5MPa未満では吸着傾向，5MPa以上では脱着傾向を示した．摩擦係数の傾向の変化と脱吸着の傾向の変化が共に接触面圧5MPaであることから，脱吸着挙動と摩擦特性には大きな関連があると考えられる．また，摩擦係数をせん断応力と比較すると，せん断応力0.1MPa以上ではせん断応力と摩擦係数に正の相関が見られた．このことからも接触面圧5MPa以上では蛋白質膜は固体膜の性質を持つと考えられた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに不明であった蛋白質膜の摩擦特性について荷重依存性があることを示した．また，脱吸着挙動と摩擦特性に関連があることを示した．当初の計画通りに研究が進展している．また，吸着量、吸着膜厚について測定したが，こちらは摩擦特性との強い相関は見られなかった．従って，蛋白質の脱吸着挙動は吸着量等に影響しているのではなく，他の特性に影響を与え，その結果摩擦特性が変化していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
蛋白質膜の摩擦特性は脱吸着挙動と相関があることは明らかとなったが，脱吸着挙動と摩擦係数の関連についてのメカニズムは明らかではない．吸着量等には創刊が見られなかったことから，他の蛋白質の特性に依存していると考えられる．今後は蛋白質膜の他の特性に着目し，蛋白質膜と摩擦係数の相関のメカニズムについて検証する．
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