固液二相性ハイドロゲルの潤滑機構の解明およびその高機能化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 16K18002
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 鎗光 清道 首都大学東京, システムデザイン研究科, 助教 (90723205)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: バイオトライボロジー / 人工軟骨 / ハイドロゲル / 固液二相性潤滑 / 摩擦 / 摩耗 / PVAハイブリッドゲル / 複合化 / PVAハイドロゲル / 予荷重 / 透水性 / 二相性潤滑 / 水和潤滑 / トライボロジー / 生体工学 / 生体材料

研究成果の概要

本研究では、PVA(ポリビニルアルコール)ハイドロゲルの潤滑機構解明のため、予荷重付与によるPVAハイドロゲルの水分流出が摩擦・摩耗挙動に与える影響を調査した。PVA凍結解凍，キャストドライゲルおよび関節軟骨は予荷重時間の増加とともに摩擦・摩耗が増大したが、PVAハイブリッドゲルは摩擦・摩耗の増大は僅少であり、耐摩耗性に優れたせん断抵抗の低い表面構造を有していることが明らかになった。
また、PVAハイブリッドゲルのさらなる耐摩耗性向上を目指し、単層ゲル内でPVA凍結解凍，キャストドライゲルの構造を複合化したバイブリッドゲルを開発し、高接触面圧下でも低摩擦・低摩耗を実現した。

研究成果

• [雑誌論文] Importance of Adaptive Multimode Lubrication Mechanism in Natural Synovial Joints (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Murakami, S. Yarimitsu, N. Sakai, K. Nakashima, T. Yamaguchi, Y. Sawae
  • 雑誌名: Tribology International 巻: 印刷中 ページ: 306-315
  • DOI: 10.1016/j.triboint.2016.12.052
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Superior lubrication mechanism in poly(vinyl alcohol) hybrid gel as artificial cartilage (2017)
  • 著者名/発表者名: Murakami Teruo、Yarimitsu Seido、Sakai Nobuo、Nakashima Kazuhiro、Yamaguchi Tetsuo、Sawae Yoshinori、Suzuki Atsushi
  • 雑誌名: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology 巻: 231 号: 9 ページ: 1160-1170
  • DOI: 10.1177/1350650117712881
  • 査読あり
• [雑誌論文] 関節軟骨の潤滑における予荷重の影響と関節液による潤滑効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鎗光清道，橋本直哉，吉田慎之佑，森下聡，藤江裕道
  • 雑誌名: 臨床バイオメカニクス 巻: 38 ページ: 235-240
  • NAID: 40021345740
  • 査読あり
• [学会発表] Improvement of Tribological Properties of Poly(Vinyl Alcohol) Hybrid Gel (2018)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki
  • 学会等名: The 10th International Biotribology Forum
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of pre-loading on tribological property of natural and artificial articular cartilage (2017)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Naoya Hashimoto, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki, Hiromichi Fujie
  • 学会等名: バイオメカニクス研究センター＆エレクトロニクス実装学会九州支部合同研究会
  • 発表場所: 九州大学伊都ゲストハウス（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2017-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Poly(vinyl alcohol) Hybrid Gel as Artificial Articular Cartilage Material (2017)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Saori Sasaki, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki
  • 学会等名: Japan-Korea International Symposium on Material Science and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of Dehydration by Pre-loading on Tribological Property of Hydrogel Artificial Cartilage and Articular Cartilage (2017)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Naoya Hashimoto, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki, Hiromichi Fujie
  • 学会等名: 6th World Tribology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Superior Tribological Properties of Poly(Vinyl Alcohol) Hybrid Gel as Artificial Articular Cartilage (2017)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Naoya Hashimoto, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki, Hiromichi Fujie
  • 学会等名: Biosurface and Biotribology Chengdu 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of Surface Morphology on Tribological Properties of Poly(vinyl alcohol) Cast-Drying Gel (2017)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki
  • 学会等名: Japan-Taiwan International Tribology Symposium 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 人工関節軟骨候補材料ポリビニルアルコールハイブリッドゲルの低摩耗化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鎗光清道，村上輝夫，鈴木淳史
  • 学会等名: トライボロジー会議2017 秋 高松
• [学会発表] 予荷重条件がハイドロゲル人工軟骨および生体軟骨の潤滑特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎗光清道，橋本直哉，村上輝夫，鈴木淳史，藤江裕道
  • 学会等名: トライボロジー会議2016 秋 新潟
  • 発表場所: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-10-12
• [学会発表] 関節軟骨の潤滑における予荷重の影響と関節液による潤滑効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎗光清道，橋本直哉，吉田慎之佑，森下聡，藤江裕道
  • 学会等名: 第43回日本臨床バイオメカニクス学会
  • 発表場所: かでる２・７（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-10-08
• [学会発表] Influence of preloading on lubrication property of biphasic artificial hydrogel cartilage (2016)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Naoya Hashimoto, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki, Hiromichi Fujie
  • 学会等名: 3rd International Conference on BioTribology
  • 発表場所: London (United Kingdom)
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Hydrogel Artificial Cartilage Materials for Joint Prosthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Seido Yarimitsu, Saori Sasaki, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki
  • 学会等名: APA 2017 International Conference on Advanced Polymers, Biomaterials, Bioengineering & Nano Drug Delivery
  • 発表場所: Flic En Flac (Mauritius)
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会 / 招待講演