ソフト&ウェット型人工筋肉の創出と生体代替運動システムへの応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14GS0301
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 長田 義仁 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60007804)
• 研究分担者: 八木 駿郎 北海道大学, 電気科学研究所, 教授 (30002132) ; 安田 和則 北海道大学, 大学院・医学研究科, 教授 (20166507) ; ぐん 剣萍 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20250417) ; 川端 和重 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20261274) ; 山本 眞史 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10322835)
• キーワード: ソフト&ウェットアクチュエータ / 高分子ゲル / 人工筋肉 / ダブルネットワーク / 超高強度超低摩擦ゲル / ソフトマシン / 生体適合性 / コンプレックス形成

研究概要

本研究の生物の動きに着想を得たソフト&ウェットアクチュエータは生体適合性・自律応答性などの特徴を有しており、医学・福祉面で飛躍的発展をもたらす21世紀の重要課題である。本研究の推進により、新しい医療用材料としてのソフト&ウェット材料が創成されるだけでなく、人工筋肉や生体代替組織運動システムを得ることができる。
筆者らはソフト&ウェットの材料開発と生体代替運動システムの開発とその臨床試験を行うことを目的として、以下の成果を得た。
・筆者らが開発したダブルネットワーク化の手法により得た超高強度ゲルの超低摩擦化を達成した(摩擦係数10^<-4>)。さらにゲルの最適作成法を発展させ、生体適合性が期待できる超高強度超低摩擦ゲルを作製した。
・超高強度超低摩擦ゲルの動的および静的摩擦特性評価を行った。さらに約500万回の往復滑り運動による摩擦試験を表面性試験機(新東科学株式会社製HEIDON・形式14DR)を用いて行い、超高強度超低摩擦ゲルが優れた摩耗耐性を有することを明らかにした。
・筋肉蛋白アクチンおよびミオシンを用いた新しいゲルマシンの運動方向制御をアクチンの巨大化あるいは基板の制御により達成した。また、さまざまなカチオン性ゲル上でのアクチンファイバー形成要因を明らかにした。さらに、ポリカチオンの濃度・種類を変化させることで巨大アクチンファイバーの形状、およびコンプレックス形成に関するパラメータを算出しファイバー形成の熱力学的過程について知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] Li Chen et al.: "Crystalline Structure and Thermal Behavior of Water-Soluble Copolymers with Pendant Terthiophenes"Macromolecular Chemistry and Physics. 203. 176-181 (2002)
• [文献書誌] T.Miyazaki et al.: "Water-Induced Crystallization of Hydrogels"Langmuir. 18. 965-967 (2002)
• [文献書誌] Li Chen et al.: "Novel Thermal Sensitive IPN Hydrogel Having a Phase Transition without Volume Change"Macromol. Rapid Commun.. 23. 171-174 (2002)
• [文献書誌] M.Peng et al.: "Effect of Surface Roughness of Hydrophobic Substrate on Heterogeneous Polymerization of Hydrogels"J. Phys. Chem. B. 106. 3073-3081 (2002)
• [文献書誌] G.Kagata et al.: "Friction of Gels. 6. Effects of Sliding Velocity and Viscoelastic Responses of the Network"J. Phys. Chem. B. 106. 4596-4601 (2002)
• [文献書誌] Y.Katsuyama et al.: "Inhibitory Effects of Hydrogels on the Adhesion, Germination and Development of Laminaria Angustata Originated Zoospores"Macromolecular Bioscience. 2. 163-169 (2002)
• [文献書誌] K.Okawa et al.: "Self-propagating Association of Zwitterionic Polymers Initiated by Ionene Polymers"Macromol. Rapid Commun.. 23. 423-425 (2002)
• [文献書誌] T.Kurokawa et al.: "Substrate Effect on Topographical, Elastic, and Frictional Properties of Hydrogels"Macromolecules. 35. 8161-8166 (2002)
• [文献書誌] A.Kakugo et al.: "Nanoactuators built of covalently bound myosin and actin gel fibers"Advanced Materials. 14. 1124-1126 (2002)
• [文献書誌] J.P.Gong et al.: "Surface Friction of Polymer Gels"Prog. in Polym. Sci.. 27. 3-38 (2002)
• [文献書誌] H.Nagasawa et al.: "Intelligent Gels"Materiaux Adaptatifs. (2002)
• [文献書誌] S.Miyazaki et al.: "Hydrogels with Crystalline or Liquid Crystalline Structure"Macromol. Rapid Commun.. 23. 447-455 (2002)
• [文献書誌] 附柴裕之: "ゲルの機能からみた生体組織の役割"日本バイオレロジー学会誌(B & R). 16. 18-27 (2002)
• [文献書誌] D.Kaneko et al.: "Polymer gels as soft and wet chemomechanical systems-an approach to artifical muscles"J. Mater. Chem.. 12. 2169-2177 (2002)