2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on self-forming and self-healing mechanism of natural superlubricity in articular cartilage surface
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17H01244
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
澤江 義則 九州大学, 工学研究院, 教授 (10284530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 哲生 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20466783)
森田 健敬 九州大学, 工学研究院, 助教 (70175636)
中嶋 和弘 帝京大学, 公私立大学の部局等, 准教授 (70315109)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 関節潤滑 / 細胞・組織 / 生体分子 / 超潤滑 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
関節軟骨同様の柔軟性，透水性，高含水性を有するPVAハイドロゲルを関節軟骨のモデルとして用いた摩擦実験では，関節液中のタンパク質の影響が，モデル上をガラス球が移動する滑り速度に大きく依存することを見出した．ハイドロゲルは特徴的な摩擦の速度依存性を示し，滑り速度の上昇とともに摩擦が増加し，極大値を示したのち一転速度上昇とともに摩擦が低下した．タンパク質の存在下では，この摩擦が極大値を示す遷移速度が低速側にシフトし，遷移速度の低速側でモデルとガラス球間の摩擦が著しく増加した．実験後に行ったゲル表面のFT-IR分析の結果，低速条件下ではハイドロゲルモデル表面に多くのタンパク質が変性・吸着しており，この変性タンパク質がガラス面との凝着を強化し，遷移速度の低速側シフトと摩擦上昇の原因となったことが示唆された．一方，遷移速度の高速側ではタンパク質による摩擦低減効果が見られた．これは，高含水性と透水性に由来する固液二相潤滑効果が顕在化し，ゲル間質水の荷重支持により固体接触とタンパク質の変性が抑制された結果と考えられる．
軟骨組織から単離した軟骨細胞をアガロースゲルに播種した「生きた」培養軟骨モデルについては，回転式レオメータを用いて0.01 mm/sから1 m/sにわたる広範な滑り速度条件下において動的摩擦挙動を評価した．その結果，培養軟骨モデルもハイドロゲルモデル同様，滑り速度に依存した摩擦挙動を示した．また，潤滑液にヒアルロン酸を添加することで，摩擦の極大値を示す遷移速度が低速側にシフトし摩擦が低減すること，培養とともに軟骨基質成分がモデル内に産生・蓄積されると，遷移速度は影響を受けないが低速域と高速域の摩擦が減少すること，産生された軟骨基質成分とヒアルロン酸およびリン脂質の協調作用により，遷移速度がさらに低速側にシフトし結果として摩擦が大きく減少することが示された．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(14 results)
