2015 Fiscal Year Annual Research Report
極低摩擦・極低摩耗生体関節に学ぶ生体規範超潤滑ハイドロゲル人工軟骨の実用化
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23000011
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
村上 輝夫 九州大学, バイオメカニクス研究センター, 特命教授 (90091347)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤田 廉士 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40380589)
澤江 義則 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10284530)
岡崎 賢 九州大学, 大学病院, 講師 (10398092)
松田 秀一 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (40294938)
鈴木 淳史 横浜国立大学, 環境情報研究院, 教授 (90162924)
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| Project Period (FY) |
2013 – 2015
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| Keywords | ハイドロゲル人工軟骨 / 生体関節多モード潤滑 / 生体規範人工関節 / 生体医工学 / トライボロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工関節の摩耗・摩擦低減を実現するために生体関節の構造・機構・機能の理解を深め、その成果を反映させた高機能ハイドロゲル人工軟骨の臨床実用化技術の構築を目指して研究に取組んだ。
【1】生体関節の多モード適応潤滑機構の解明(1)関節軟骨の構造・物性評価と潤滑膜形成機構の解明 : 摩擦・可視化試験や吸着評価試験により関節液成分の吸着特性を明確化するとともに、主要4成分の最適組成による境界潤滑効果を明示した。(2)関節軟骨の摩擦挙動の実測と固液二相有限要素解析 : 固液二相有限要素解析や流体圧実測試験に基づき、軟骨液相流体圧による荷重支持率の評価と固相摩擦の考慮により摩擦予測と実測値の合致を確認した。軟骨表層の繊維強化が固液二相潤滑に有効であることを示した。(3)レーザードップラー流速計により血清希釈溶液中の成分(0.2μmより小さい蛋白凝集体など)による散乱信号により流速を評価できることを確認した。
【2】生体規範超潤滑ハイドロゲル人工軟骨の実用化 (1)PVAハイドロゲルのシート試験片に対して単軸引張疲労試験を行い、ハイブリッドゲルにおける高強度を確認した。大変形繰返し試験が可能な疲労試験機を開発した。ゲルのクリープ変形や配向による強化など複雑な現象を考慮した試験法の提案については今後の課題となった。(2)PVAハイドロゲルの改質高機能化 : a)繰返凍結・解凍FTゲルにおいて一方向凍結により高強度・高膨潤化の両立の実現を示した。b)キャストドライ法PVAのナノ構造・界面制御や、積層化技術開発に取組み、物性改善と低摩擦性を見出した。c)2種のゲルの最適組合せのハイブリッドゲルにおいて2段階乾燥処理による最適構造ゲルにおいて模擬関節液潤滑下における摩擦摩耗特性の高性能化を確認できた。アルコール滅菌によるゲルの変性とトライボ特性の変化を確認し、γ線照射処理の場合に特性変化を低減できることを確認できた。(3)摩耗粉へのマクロファージ反応 : 株化単球細胞由来マクロファージによる摩耗粉応答の評価により3種のPVAゲル全てにおいて異物応答が見られないことを確認した。(4)人工関節の臨床課題の解析評価を行い各種の改善指針を得た。ハイブリッド人工軟骨・人工骨複合体の家兎膝関節埋入試験を行い、12週での生体適合性と機能維持を確認し、ゲル表面破損・硬化現象の改善を確認した。
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[Presentation] ハイドロゲル人工軟骨/人工骨複合体の可動関節内での安定性評価2016
Author(s)
小俣誠二, 佐々木沙織, 中嶋和弘, 牛尾哲郎, 後藤徳雄, 村上剛史, 桑島海人, 岡崎 賢, 鎗光清道, 松田秀一, 岩本幸英, 村上輝夫
Organizer
2016年 日本生体医工学会九州支部学術講演会
Place of Presentation
佐賀大学(佐賀県佐賀市)
Year and Date
2016-03-05
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[Presentation] Friction characterization of hydrogel acetabular liner for hip joint prosthesis2016
Author(s)
Yoshinori Sawae, Ryosuke Baba, Takehiro Morita, Tetsuo Yamaguchi, Martin Vrbka, Filip Urban, David Nečas, Seido Yarimitsu, Kazuhiro Nakashima, Teruo Murakami, Martin Hartl
Organizer
International Symposium on Artificial Hydrogel Cartilage, Joint Replacement and Related Topics
Place of Presentation
九州大学伊都ゲストハウス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-01-26
Int'l Joint Research
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[Presentation] Fatigue and wear of hydrogels2016
Author(s)
Tetsuo Yamaguchi, Ryuichiro Sato, Yoshinori Sawae, Teruo Murakami
Organizer
International Symposium on Artificial Hydrogel Cartilage, Joint Replacement and Related Topics
Place of Presentation
九州大学伊都ゲストハウス(福岡県福岡市)
Year and Date
2016-01-26
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of Artificial Hydrogel Cartilage with Superior Lubricity Based on Bionic Design2015
Author(s)
Teruo Murakami, Seido Yarimitsu, Kazuhiro Nakashima, Nobuo Sakai, Tetsuo Yamaguchi, Seiji Omata, Saori Sasaki, Yoshinori Sawae and Atsushi Suzuki
Organizer
International Conference on Bioelectronics, Biosensors, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS and Applications 2015
Place of Presentation
九州大学椎木講堂(福岡県福岡市)
Year and Date
2015-12-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] The musculoskeletal walking simulator2015
Author(s)
Nobuo Sakai, Masanori Matsui, Ryo Fujii, Mochimitsu Komori and Teruo Murakami
Organizer
International Conference on Bioelectronics, Biosensors, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS and Applications 2015
Place of Presentation
九州大学椎木講堂(福岡県福岡市)
Year and Date
2015-12-10
Int'l Joint Research
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