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2005 年度 実績報告書

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

研究課題

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 ぐん 剣萍  北海道大学, 大学院理学研究科, 教授 (20250417)
安田 和則  北海道大学, 大学院医学研究科, 教授 (20166507)
八木 駿郎  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30002132)
山本 眞史  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (10322835)
川端 和重  北海道大学, 大学院理学研究科, 教授 (20261274)
キーワードDNゲル / 高強度ゲル / 人工軟骨 / アクチュエーター / 人工筋肉 / 低摩擦
研究概要

高強度DNゲルの階層構造制御とその力学応答
高強度超低摩擦ダブルネットワーク(DN)ゲルの第1網目に様々な粗密構造を導入するために、重合のダイナミックス制御による方法、シリカ微粒子によるテンプレート法、貧溶媒による相分離方法を用いてゲルを合成し、ゲルの構造変化により力学物性への影響を系統的に検討した。その結果、第2網目の構造が全く同じでも、第1網目の空間粗密構造によって、ゲルの力学物性が敏感に変化することを発見した。粗密構造がある臨界条件を越えると、DNゲルがNecking現象を起こすことが観察された。これは、含水ゲルで初めて観察された新しい現象である。Necking後のDNゲルは高分子電解質であるにもかかわらず、20倍近くまで伸びることができ、高強度を示す。
さらに、生合成を利用して、空間の粗密構造をもつ生体適応性高分子であるバクテリアセルロース(BC)を創製し、基板のテンプレートを利用して、高度に配向性を持つBCゲルの創製にも成功した。
DNゲルを人工軟骨への応用
DNゲルで人工軟骨を開発するため、PAMPS/PDMAAm、PAMPS/PAAm、Cellulose/PDMAAm、Cellulose/Gelatin DNゲルの耐摩耗特性、生体内劣化特性、および生体内異物特性を評価した。その結果:
(1)Pin-on-flat摩耗試験(セラミックピン使用)
PAMPS/PDMAAmは他の3ゲルに対して有意に摩耗が少なく、その摩耗量は超高分子ポリエチレンのそれに比肩しうるものであった。
(2)Block皮下埋め込み試験
6週間の皮下埋め込みによってPAMPS/PDMAAm DNゲルの材料特性は有意に増加したが、Cellulose/Gelatin DNゲルのそれは有意に劣化した。PAMPS/PAAmおよびCellulose/PDMAAm DNゲルには有意の変化がなかった。
(3)レット筋内埋め込み試験
PAMPS/PDMAAm DNゲルのペレット筋内埋め込み4および6週の異物反応はマイナスコントロールよりも有意に小さかった。その他の3種類のDNゲルは常にプラスコントロールと同等、または大きいの異物反応を示した。
以上より、人工軟骨の素材としてはPAMPS/PDMAAmゲルがもっとも有望であることが明らかとなった。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (30件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Surface friction of gellan gels2006

    • 著者名/発表者名
      Z.Jiang et al.
    • 雑誌名

      Colloids and Surfiices A : Physicochemical and Engineering Aspects (in press)

  • [雑誌論文] The Role of Actin-Binding Protein Filamin A in Cellular Stiffness and Morphology Studied by Wide-Range Scanning Probe Microscopy2006

    • 著者名/発表者名
      K.Kato et al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. (in press)

  • [雑誌論文] Observation of Stiffer Domain Structure on Collagen Gels Using Wide-Range Scanning Probe Microscopy2006

    • 著者名/発表者名
      T.Mizutani et al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. (in press)

  • [雑誌論文] Unfolding, aggregation, and amyloid formation by the tetramerization domain from mutant p53 associated with lung cancer2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Higashimoto et al.
    • 雑誌名

      Biochemistry 45(6)

      ページ: 1608-1619

  • [雑誌論文] 高強度低摩擦ゲル-機能性素材としての新展開-2005

    • 著者名/発表者名
      〓 剣萍
    • 雑誌名

      日本ゴム協会誌 78(4)

      ページ: 14-18

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [雑誌論文] Determination of Fracture Energy of Double Network Hydrogels2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Tanaka et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 109(23)

      ページ: 11559-11562

  • [雑誌論文] Elastic-Hydrodynamic Transition of Gel Friction2005

    • 著者名/発表者名
      T.Kurokawa et al.
    • 雑誌名

      Langmiur 21(19)

      ページ: 8643-8648

  • [雑誌論文] Effect of Polymer Entanglement on the Toughening of Double Network Hydrogels2005

    • 著者名/発表者名
      H.Tsukeshiba et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 109(34)

      ページ: 16304-16309

  • [雑誌論文] Anisotropic Polyioncomplex Gels from Template Polymerization2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Shigekura et al.
    • 雑誌名

      Advanced Materials 17(22)

      ページ: 2695-2699

  • [雑誌論文] Morphology of Actin Assemblies in Response to Polycation and Salts2005

    • 著者名/発表者名
      H.J.Kwon et al.
    • 雑誌名

      Biomacromolecules 6(6)

      ページ: 3005-3009

  • [雑誌論文] 極低摩擦ゲル2005

    • 著者名/発表者名
      〓 剣萍
    • 雑誌名

      日本機械学会誌 108(1042)

      ページ: 28-29

  • [雑誌論文] ナノテクノロジーによる人工軟骨の創成2005

    • 著者名/発表者名
      室崎喬之
    • 雑誌名

      日本臨牀 64(2)

      ページ: 206-214

  • [雑誌論文] Biomechanical properties of high-toughness double network hydrogels2005

    • 著者名/発表者名
      K.Yasuda et al.
    • 雑誌名

      Biomaterials 26(21)

      ページ: 4468-4475

  • [雑誌論文] A long-tenn follow-up of silicone-rubber interposition arthroplasty for osteoarthritis of the thumb carpometacarpal joint2005

    • 著者名/発表者名
      A.Minami et al.
    • 雑誌名

      Hand Surg 10(1)

      ページ: 77-82

  • [雑誌論文] 4種類の高強度超低摩擦ダブルネットワークハイドロゲルの生体内劣化特性の生体工学的評価2005

    • 著者名/発表者名
      東千夏
    • 雑誌名

      日本臨床バイオメカニクス学会誌 26

      ページ: 197-204

  • [雑誌論文] The effect of TGF-beta on mechanical properties of the fibrous tissue regenerated in the patellar tendon after resecting the central portion2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Anaguchi et al.
    • 雑誌名

      Chin Biomech 20(9)

      ページ: 959-965

  • [雑誌論文] Stress deprivation simultaneously induces over-Expression of interleukin-1beta, tumor necrosis factor-alpha, and transforming growth factor-beta in fibroblasts and mechanical deterioration of the extra-cellular matrix in the patellar tendon2005

    • 著者名/発表者名
      H.Uchida et al.
    • 雑誌名

      J Biomech 38(4)

      ページ: 791-798

  • [雑誌論文] Effects of separate application of three growth factors (TGF-betal, EGF, and PDGF-BB) on mechanical properties of the in situ frozen-thawed anterior cruciate ligament2005

    • 著者名/発表者名
      A.Nagumo et al.
    • 雑誌名

      Chin Biomech 20(3)

      ページ: 283-290

  • [雑誌論文] The Effect of electrothermal shrinkage on the biomechanical properties of the anterior cruciate ligament : An experimental study2005

    • 著者名/発表者名
      E.Kondo et al.
    • 雑誌名

      Arthroscopy 21(4)

      ページ: 448-456

  • [雑誌論文] The Effect of transforming growth factor-betal on intraosseous healing of flexor tendon autograft replacement of anterior cruciate ligament in dogs2005

    • 著者名/発表者名
      S.Yamazaki et al.
    • 雑誌名

      Arthroscopy 21(9)

      ページ: 1034-1041

  • [雑誌論文] Growth kinetics and integrin expression of fibroblasts infiltrating devitalized patellar tendons are different from those of intrinsic fibroblasts2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Ikema et al.
    • 雑誌名

      J Bone Joint Surg. 87-B(12)

      ページ: 1689-1693

  • [雑誌論文] 血管内皮細胞増殖因子(VEGF)の局所投与が前十字靭帯再建術後の移植腱に与える効果2005

    • 著者名/発表者名
      吉川寿一
    • 雑誌名

      日本臨床バイオメカニクス学会 26

      ページ: 145-151

  • [雑誌論文] Visualization of Elasticity Distribution of Single Human Chromosomes by Scanning Probe Microscopy2005

    • 著者名/発表者名
      K.Nomura et al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 44

      ページ: 5421-5424

  • [雑誌論文] Spatiotemporal Variation in Cellular Stiffness Corresponding to Development of Morphological Polarity2005

    • 著者名/発表者名
      S.Toko et al.
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 44

      ページ: 5451-5454

  • [雑誌論文] Collective Movement of Epithelial Cells on a Collagen Gel Substrate2005

    • 著者名/発表者名
      H.Haga et al.
    • 雑誌名

      Biophys. J. 88

      ページ: 2250-2256

  • [雑誌論文] Static Friction of Agar Gels : Formation of Contact Junctions at Frictional Interface2005

    • 著者名/発表者名
      T.Nitta et al.
    • 雑誌名

      J. Phys. Society of Japan 74

      ページ: 2875-2879

  • [雑誌論文] Molecular Orientation of Self-assembled Monolayer of Octadecanethiol on Platinum Surface Studied by Femtosecond Broad-bandwidth Sum Frequency Generation Spectroscopy2005

    • 著者名/発表者名
      H.Noguchi et al.
    • 雑誌名

      Chemistry Letters 34(7)

      ページ: 950-951

  • [雑誌論文] Electrochemical assembly and potential-dependent plasmon absorption of au nanoclusters covered with a 4-aminothiophenol self-assembled monolayer2005

    • 著者名/発表者名
      M.Okamura et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 109(20)

      ページ: 9897-9904

  • [雑誌論文] Optical Recognition of Surface Chirality at Au(hkl) Single Crystalline Surfaces by Second Harmonic Generation Rotational Anisotropy2005

    • 著者名/発表者名
      I.Yagi et al.
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 127(36)

      ページ: 12743-12746

  • [雑誌論文] Platinum Layer Formation on a Self-assembled Monolayer by Electrochemical Deposition2005

    • 著者名/発表者名
      D.Qu et al.
    • 雑誌名

      Chemistry Letters 35(3)

      ページ: 258-259

  • [図書] 図解 高分子新素材のすべて2005

    • 著者名/発表者名
      羅 亮皓
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      工業調査会
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [図書] ソフトナノテクノロジー-バイオマテリアル革命-2005

    • 著者名/発表者名
      〓 剣萍
    • 総ページ数
      8
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より

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公開日: 2008-05-08   更新日: 2016-04-21  

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