2019 Fiscal Year Annual Research Report
粘弾性材料に対する動的インデンテーション試験法の理論および実験解析
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18J22262
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
森 隆裕 新潟大学, 新潟大学大学院 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | ホプキンソン棒法 / 関節軟骨 / 力学的特性評価 / 変形性関節症 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本の高齢化社会において，高齢者の生活の質を極めて阻害する変形性関節症の主たる発生原因は関節軟骨の変性および摩耗である．関節軟骨は組成の大部分を水分が占めており，粘弾性特性を有している．また，関節軟骨の働きとして，関節に加わる衝撃を緩和する役割を持つと言われている．そのため，ひずみ速度に伴う力学的特性の変化を同定する必要性があるが，関節軟骨などの生体組織の動的な力学的特性を評価する手法は確立されていない．
研究目的は，関節軟骨などの生体組織を対象とした動的な力学的特性の評価手法を確立することである．本研究ではホプキンソン棒法(Split hopkinson pressure bar : SHPB)を用いた動的試験について，一次元波動伝ぱ理論に基づいた衝撃応答解析および実験的解析手法の確立を行った．
2年目では，初年次（1年目）の研究により確立した粘弾性材料の動的特性を同定する方法をPMMA丸棒に対して適用し，このPMMA丸棒を入出力棒とするSHPB試験装置を作成した．そして，本装置の精度検証を動特性が既知の粘弾性材料を対象とした実験により検討し，応力とひずみについて最大誤差約5％の高精度計測が可能であることを確認した．続いて，ウシ関節軟骨を対象とした実験を行って，正常軟骨と変性軟骨（酵素処理によるOA疑似軟骨）の動特性の差異について調べ，変性軟骨では正常軟骨に比較して弾性率が顕著に低下することを明らかにした．
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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
2年目では，初年次（1年目）の研究により確立した粘弾性材料の動的特性を同定する方法をPMMA丸棒に対して適用し，このPMMA丸棒を入出力棒とするSHPB試験装置を作成した．そして，本装置の精度検証を動特性が既知の粘弾性材料を対象とした実験により検討し，応力とひずみについて最大誤差約5％の高精度計測が可能であることを確認した．続いて，ウシ関節軟骨を対象とした実験を行って，正常軟骨と変性軟骨（酵素処理によるOA疑似軟骨）の動特性の差異について調べ，変性軟骨では正常軟骨に比較して弾性率が顕著に低下することを明らかにした．
以上から，当初の目的であった，生体組織に対する動的な力学的特性を測定する手法を確立し，実際に関節軟骨の動特性を評価したことから，研究は順調に進展しているものと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は，準静的試験とSHPB試験による2つのひずみ速度のみでの評価である．そこで，最終年度はSHPB試験においてひずみ速度を変化させ，ひずみ速度依存性を評価する．また，酵素処理によるOA疑似軟骨におけるコラーゲン繊維の変性度合いをHE(Hematoxylin-Eosin)染色を用いて顕微鏡観察する．
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Research Products
(3 results)
