| 研究課題/領域番号 |
21K03840
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 九州大学 (2022-2023)
東京都立大学 (2021) |
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研究代表者 |
鎗光 清道 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90723205)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | ハイドロゲル / 摩擦 / 階層構造 / 固液二相潤滑 / 軟骨 / 透水率 / 固液二相性潤滑 / 弾性率 / 温湿度制御 / 高強度ゲル / 低摩擦 / 低摩耗 / 傾斜構造 / バイオインスパイアード / 階層性 / 異方性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，ハイドロゲルの摺動面材料としての応用を目指し，その規範材料として関節
軟骨に着目し，その特異的階層性・異方性構造に焦点を当て，主に二相性潤滑機能を最大限活用可能なハイドロゲルの創製を目指す．軟骨は，関節の運動を滑らかに行うために生物が進化や個体成熟の過程において獲得した一種の最適解とみることも可能である．その高度に最適化された機能・構造は摺動面材料用ハイドロゲルを開発する上では規範となりうるものであり，本研究では軟骨の特異的階層性・異方性構造を規範としたバイオインスパイアードハイドロゲルの設計基盤を構築し，究極的には軟骨の潤滑機能を凌駕する極低摩擦・低摩耗ハイドロゲルの創製を目指す．
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| 研究成果の概要 |
本研究は，関節軟骨の階層性・異方性構造に着目したバイオインスパイアードハイドロゲルの開発を目指し，ハイドロゲルの潤滑機能における階層構造の役割に着目した．軟骨の構造を参考に，摩擦面側が低弾性率かつ高透水率，下層側が高弾性率かつ低透水率となる階層構造ハイドロゲルを開発した．そして，低弾性層と高弾性層の厚さ・比率により摩擦特性が変化することを明らかにした．摩擦接触域が移動する場合は，低弾性層が薄いほど側方変形と水分流動を抑制し摩擦が低減するが，同一個所が接触する場合は接触圧力の増大により摩擦が増大しうることを明らかにし，ハイドロゲルへの階層構造の付与による摩擦制御，摩擦特性改善の可能性を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ハイドロゲルは水潤滑下で優れた潤滑機能を発揮しうる材料であり，機械要素の摩擦面材料としての応用の可能性が提唱されている．本研究は，ハイドロゲルを用いた超潤滑システム構築のために，天然のハイドロゲルであり水潤滑下で超潤滑が実現可能な関節軟骨に着目し，その特異的構造が潤滑機能において果たす役割を明らかにし，その機能のハイドロゲルへの実装を目指すものである．本研究により示された階層構造による摩擦低減効果およびその仕組みを活用することにより，機械的構造の制御によるハイドロゲルの低摩擦化が可能となり，ハイドロゲルを用いた超潤滑摩擦システムの構築へとつながる可能性を有している．
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