2013 Fiscal Year Annual Research Report
電気化学的手法を応用した人工関節材料表面の吸着膜の機能評価
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24760122
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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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| Keywords | 人工関節 / 蛋白質 / 吸着膜 / 電気化学測定 / 低摩擦 / 低摩耗 |
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| Research Abstract |
人工関節の摩擦特性に影響を与える，生体関節液に含まれる蛋白質吸着膜についての検討を行った．昨年度までに蛋白質吸着膜がCoCrMo合金表面の酸化膜と同様な機能を持つことが明らかにし，摩擦試験中に蛋白質が剥離していることを示した．本年度は蛋白質吸着膜の構造に着目し，摩擦が吸着膜に与える影響，特に膜構造メカニズムについて検討した．
電気化学的測定から，基板上に静的吸着した牛血清アルブミン(BSA)は摩擦負荷により直ちに剥離することが明らかとなった．摩擦負荷を繰り返すと吸着膜が成長することが観察された．一方，ヒト血清γグロブリン(HGG)では摩擦負荷による蛋白質の剥離は観察されなかった．吸着量の測定から，摩擦負荷下で形成されたHGG膜に対してはBSAの静的吸着は4ng/cm2と非常に少なく，HGGは24ng/cm2であり，基板への吸着量とほぼ同じであった．静的に吸着したHGG膜に対してはBSAの静的吸着量は76ng/cm2，HGGの静的吸着量は66ng/cm2であり，摩擦負荷下で形成されたHGG膜は特徴的な表面特性を持つことが明らかとなった．本研究の結果により以下のメカニズムが明らかとなった．
BSAとHGGを含む潤滑液中では基板上へBSAとHGGが静的に吸着する．その静的吸着膜にせん断が与えられると，BSAが剥離しHGGは基板上へ残留するためHGGを多く含む蛋白質吸着膜が形成される．この摩擦負荷により形成された吸着膜はBSAの吸着が非常に少ないという特性を持つため，HGG膜へはHGGが多く静的吸着する．静的吸着したHGGはさらに摩擦負荷を受けることにより，HGGを多く含む吸着膜が成長する．この過程を繰り返すことにより，HGG単一の吸着膜が形成される．BSAはHGG膜上に存在するが，HGG膜との吸着力が弱いため，吸着膜で滑りが発生し低摩擦低摩耗を実現する．
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