生命科学の時代が求める新材料-ソフト&ウェットマテリアルの創製

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18002002
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系; 化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: [ぐん] 剣萍 北海道大学, 大学院・先端生命科学研究院, 教授 (20250417)
• 研究分担者: 角五 彰 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (10374224) ; 黒川 孝幸 北海道大学, 創成研究機構, 特任助教 (40451439) ; 古川 英光 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (50282827) ; 田中 良巳 横浜国立大学, 環境情報研究院, 准教授 (10315830)
• 連携研究者: 安田 和則 北海道大学, 医学研究科, 教授 (20166507)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2010
• キーワード: ソフト&ウェットマテリアル / ゲル / 高強度 / 高靭性 / 低摩擦 / 生体材料 / バイオトライボロジー / 人工軟骨 / 細胞外マトリックス / 組織再生誘導基材

研究概要

生体は硬い骨格を除き、殆どが50-85wt%が水分で構成されている軟組織からできている。豊かな福祉社会の実現には生体軟組織と同等の機能を持ったソフト&ウェットマテリアルの創製が不可欠である。本研究は、含水高分子ゲルの構造を制御することによって、生体軟組織に匹敵する高靭性と高機能を有する様々なソフト&ウェットマテリアルの創製に成功した。これらの材料は、軟骨・腱、血管などの生体軟組織の代替材料として応用できる。

研究成果

• [雑誌論文] Lamellar Bilayers as Reversible Sacrificial Bonds To Toughen Hydrogel: Hysteresis, Self-Recovery, Fatigue Resistance, and Crack Blunting (2011)
  • 著者名/発表者名: MA Haque, T Kurokawa, G Kamita, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 ページ: 8916-8924
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Hyaluronan Solution on Dynamic Friction of PVA Gel Sliding on Weakly Adhesive Glass Substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: Y Nakano, T Kurokawa, M Du, J Liu, T Tominaga, Y Osada, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 ページ: 8908-8915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microgel-Reinforced Hydrogel Films with High Mechanical Strength and Their Visible Meso-Scale Fracture Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: J Hu, K Hiwatashi, T Kurokawa, SM Liang, ZL Wu, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 ページ: 7775-7781
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust Bonding and One-step Facile Synthesis of Tough Hydrogels with Desirable Shape by Virtue of the Double Network Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: J Saito, H Furukawa, T Kurokawa, R Kuwabara, S Kuroda, J Hu, Y Tanaka, JP Gong, N Kitamura, K Yasuda
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 2 ページ: 575-580
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain-Induced Molecular Reorientation and Birefringence Reversion of A Robust, Anisotropic Double-Network Hydrogel (2011)
  • 著者名/発表者名: ZL Wu, D Sawada, T Kurokawa, A Kakugo, W Yang, H Furukawa, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 ページ: 3542-3547
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation on the Surface Fracture of Ultrathin Film Double-Network Hydrogels (2011)
  • 著者名/発表者名: S Liang, ZL Wu, J Hu, T Kurokawa, QM Yu, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 ページ: 3016-3020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unidirectional alignment of lamellar bilayer in hydrogel: one-dimensional swelling, anisotropic modulus, and stress/strain tunable structural color (2010)
  • 著者名/発表者名: MA Haque, G Kamita, T Kurokawa, K Tsujii, and JP Gong
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 22 ページ: 5110-5114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual Network Formation in Polyelectrolyte Hydrogel via Viscoelastic Phase Separation: Role of Ionic Strength and Polymerization Kinetics (2010)
  • 著者名/発表者名: ZL Wu, T Kurokawa, S Liang, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 43 ページ: 8203-8208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogels with cylindrically symmetric structure at macroscopic scale by self-assembly of semi-rigid polyion complex (2010)
  • 著者名/発表者名: ZL Wu, T Kurokawa, S Liang, H Furukawa, and JP Gong
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 132 ページ: 10064-10069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Why are double network hydrogels so tough? (2010)
  • 著者名/発表者名: JP Gong
  • 雑誌名: Soft Matter. 巻: 6 ページ: 2583-2590
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of well-oriented microtubules with preferential polarity in a confined space under a temperature gradient (2009)
  • 著者名/発表者名: A Kakugo, Y Tamura, K Shikinaka, M Yoshida, R Kawamura, H Furukawa, Y Osada, JP Gong
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 131 ページ: 18089-18095
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesoscopic Network Structure of a Semi-Rigid Polyion Complex Nested in a Polycationic Hydrogel (2009)
  • 著者名/発表者名: ZL Wu, H Furukawa, W Yang, JP Gong
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 21 ページ: 4696-4700
  • 査読あり
• [雑誌論文] First Observation of Stick-Slip Instability in Tearing of Poly(vinyl alcohol) Gel Sheets (2009)
  • 著者名/発表者名: Y Tanaka, H Abe, T Kurokawa, H Furukawa, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 42 ページ: 5425-5426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of Damage Zone around Crack Tips in Double-Network Gels (2009)
  • 著者名/発表者名: QM Yu, Y Tanaka, H Furukawa, T Kurokawa, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 42 ページ: 3852-3855
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel double-network hydrogel induces spontaneous articular cartilage regeneration in vivo in a large osteochondral defect (2009)
  • 著者名/発表者名: K Yasuda, N Kitamura, JP Gong, K Arakaki, HJ Kwon, S Onodera, YM Chen, T Kurokawa, F Kanaya, Y Ohmiya, and Y Osada
  • 雑誌名: Macromolecular Biosci. 巻: 9 ページ: 307-316
  • 査読あり
• [雑誌論文] True Chemical Structure of Double Network Hydrogels (2009)
  • 著者名/発表者名: T Nakajima, H Furukawa, Y Tanaka, T Kurokawa, Y Osada, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 42 ページ: 2184-2189
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly extensible double-network gels with self-assembling anisotropic structure (2008)
  • 著者名/発表者名: W Yang, H Furukawa, and JP Gong
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 20 ページ: 4499-4503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tear Velocity Dependence of High-Strength Double Network Gels in Comparison with Fast and Slow Relaxation Modes Observed by Scanning Microscopic Light Scattering (2008)
  • 著者名/発表者名: H Furukawa, R Kuwabara, Y Tanaka, T Kurokawa, YH Na, Y Osada, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 41 ページ: 7173-7178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biological Responses of Novel High-toughness Double Network Hydrogels in Muscle and the Subcutaneous Tissues (2008)
  • 著者名/発表者名: Y Tanabe, K Yasuda, C Azuma, H Taniguro, S Onodera, A Suzuki, YM Chen, JP Gong, Y Osada
  • 雑誌名: J Materials Science: Materials in Medicine 巻: 19 ページ: 1379-1387
  • 査読あり
• [雑誌論文] Importance of Entanglement between First and Second Components in High-Strength Double Network Gels (2007)
  • 著者名/発表者名: M Huang, H Furukawa, Y Tanaka, T Nakajima, Y Osada, JP Gong
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 40 ページ: 6658-6664
  • 査読あり
• [学会発表] Fracture of tough double network hydrogel (2011)
  • 著者名/発表者名: JP Gong
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Adhesion Science 2011
  • 発表場所: Bates College, Lewiston, Maine, USA
  • 年月日: 20110724-29
• [学会発表] Play with the Tough Double Network Hydrogels (2010)
  • 著者名/発表者名: JP Gong
  • 学会等名: Macro2010: 43rd IUPAC World Polymer Congress
  • 発表場所: Scottish Exhibition & Congress Centre, Glasgow, UK
  • 年月日: 20100711-16
• [学会発表] Tough hydrogels with a double network structure (2010)
  • 著者名/発表者名: JP Gong
  • 学会等名: 2010 March Meeting of the American Physical Society
  • 発表場所: Oregon Convention Center, Portland, OR, USA
  • 年月日: 20100315-19
• [学会発表] Tough DN gel (2009)
  • 著者名/発表者名: JP Gong
  • 学会等名: 14th International Conference on Deformation, Yield and Fracture of Polymers
  • 発表場所: Kerkrade, The Netherlands
  • 年月日: 20090406-09
• [学会発表] Friction & Lubrication of Gels -Towards its Relevance to Biolubrication (2008)
  • 著者名/発表者名: JP Gong
  • 学会等名: Gordon Conference on Tribology
  • 発表場所: Colby College, Waterville, ME, USA
  • 年月日: 2008-07-07
• [備考] NHK教育2012年1月18日 報道関連
• [備考] NHK総合2011年8月19日 報道関連
• [備考] 北海道医療新聞 2008年12月5日 報道関連
• [備考] 共同通信2008年11月27日 報道関連
• [備考] Baltimore Sun (USA)2008年3月22日 報道関連
• [備考] Discovery News (USA)2008年3月21日 報道関連
• [備考] In-Pharma (USA)2008年3月19日 報道関連
• [備考] Medical News TODAY(USA)2008年3月12日 報道関連
• [備考] 日経産業新聞 2007年10月9日 報道関連
• [備考] 北海道新聞 2006年5月24日 報道関連
• [備考] LSW研究会シンポジウム2006年3月2日、2007年1月12日、2008年1月11日、2009年1月9日、2010年1月8日、2011年1月7日、2012年1月6日 公開行事
• [備考] 高分子基礎講座 2006年6月17日、2007年6月16日、2008年6月21日、2009年6月20日、 2010年6月26日、2011年6月11日 公開行事
• [備考] 女子中高生理系進路選択支援「理系応援キャラバン隊」 2006年度～2011年度(17回) 公開行事
• [備考] ひらめき☆ときめきサイエンス2007年8月7日、2008年9月23日、2009年9月27日 公開行事
• [備考] 第7回化学イノベーションシンポジウム2009年8月8日 公開行事
• [備考] 未来高分子教室 2008年10月18日 公開行事
• [備考] イノベーション・ジャパン2007-大学見本市 2007年9月12日～14日 公開行事
• [備考] 北大 de Night Cafe 2007年4月6日 公開行事
• [備考] 〓剣萍 高分子学会高分子学会賞2006年5月 受賞
• [備考] 〓剣萍 日本化学会第28回学術賞2011年3月 受賞
• [備考] 角五彰 文部科学大臣表彰 若手科学者賞 2012年4月 受賞
• [備考] 黒川孝幸 高分子学会高分子研究奨励賞 2010年5月 受賞
• [備考]
  • URL: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g2/
• [産業財産権] 相互侵入網目構造ゲルと所定の被着材料とから構成される複合材料、その製造方法及び相互侵入網目構造ゲルを所定の被着材料に接着する方法 (2012)
  • 発明者名: 王蔚、黒川孝幸、古川英光、〓剣萍
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権番号: 特許, 特許第4915867号
  • 取得年月日: 2012-02-03
• [産業財産権] 高分子ゲル及びその製造方法 (2010)
  • 発明者名: 〓剣萍、黒川孝幸、中島祐、佐藤ひとみ
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権番号: 特許, 特願 2010-175795
  • 出願年月日: 2010-08-04
• [産業財産権] 軟骨細胞再分化誘導用基材およびこれを用いた軟骨細胞の製造方法 (2009)
  • 発明者名: 〓剣萍、楊晶晶
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権番号: 特許, 特願 2009-226157
  • 出願年月日: 2009-09-30
• [産業財産権] 骨充填型軟骨組織再生誘導材 (2008)
  • 発明者名: 安田和則、長田義仁、〓剣萍、北村信人
  • 権利者名: 北海道大学
  • 産業財産権番号: 特許, 特願 2008-217253
  • 出願年月日: 2008-08-26
  • 外国