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2017 年度 実績報告書

ゲル薄膜が発現する水和潤滑メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H03911
研究機関名古屋大学

研究代表者

伊藤 伸太郎  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50377826)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードナノトライボロジー / ナノレオロジー / 水和潤滑
研究実績の概要

リン脂質高分子のMPCポリマーは生体適合性があり,人工関節やステントなど医療用器具のコーティング材として用いられる.人工関節のしゅう動面にコーティングされた厚さ数十nmのMPCポリマー薄膜は,体内の水で水和ゲルとなり高い潤滑性をもつことが報告された.これはゲル状物質の表面で発現する水和潤滑のひとつと考えられている.MPCポリマー薄膜のように厚さ数十nmのコーティングで水和潤滑を実現できれば,様々な機械システムへの応用が期待される.しかしそのメカニズムは未解明であり,潤滑技術としては確立されていない.水和潤滑を発現するゲル膜は高分子が多量の水を含んで柔軟性の高い状態であるため,その摩擦特性を理解するには,しゅう動時のゲル膜の変形を知る必要がある.そこで本研究では,水和潤滑のメカニズム解明のために,水和したMPCポリマー薄膜を対象として,力学特性(ずり粘弾性)と膜の変形の同時計測を実現した.ずり粘弾性の計測には高精度な隙間制御と高感度なせん断力検出が可能なファイバーウォブリング法(FWM)を用いた.FWMでは先端を球面に加工した微小なガラスファイバーをプローブとして用いる.これをピエゾ素子で正弦的に加振し,先端で基板上のMPC薄膜をしゅう動する.その時の先端の振幅変化と位相遅れを光学的に検出して膜のずり粘弾性を定量化する.ずり粘弾性と膜変形の同時計測のために,倒立顕微鏡上にFWM計測系を構築した.またMPCポリマー薄膜は無色透明なため,これを蛍光分子で染色してその変形を基板下面から蛍光観察することとした.構築した計測系を用い,水和したMPCポリマー薄膜(膜厚約60nm)についてずり粘弾性と膜の変形の同時計測に成功した.本研究の成果は,水和潤滑のメカニズム解明に向けて基盤的な知見や計測法となるものである.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2017

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] 水和ポリマー薄膜コーティングの摩擦特性計測における摩耗過程のその場観察2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤 伸太郎,戸田 達輝,福澤 健二,張 賀東
    • 学会等名
      第8回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • [学会発表] 水和ゲル薄膜のずり粘弾性と膜変形の同時計測2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤伸太郎,青山祥子,福澤健二,張賀東
    • 学会等名
      トライボロジー会議2017春

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公開日: 2018-12-17  

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