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2020 年度 実績報告書

水和構造と表面微細構造の制御によるハイドロゲルの低摩擦・低摩耗化

研究課題

研究課題/領域番号 18K03911
研究機関東京都立大学

研究代表者

鎗光 清道  東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (90723205)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードハイドロゲル / 表面微細構造 / 乾燥温湿度条件 / 摩擦 / 摩耗 / 人工軟骨
研究実績の概要

2020年度の研究においては,PVA凍結解凍ゲルおよびキャストドライゲルの構造を単一層内で複合化させたコンポジット型ハイブリッドゲルを対象に,摩擦・摩耗低減のためのゲル作製時の乾燥温湿度条件の最適化を検討した.その結果,高温乾燥処理時間を24時間設定すると弾性率は増加するものの摩擦・摩耗特性は著しく劣化した.一方,高温乾燥時間を12時間以下に設定すると従来のPVAハイドロゲルよりも高弾性率かつ摩擦・摩耗をより低減できることが明らかになった.これにより,ゲル作製時の乾燥温湿度制御により,トライボロジー特性の改善のみでなく,高弾性率化も可能であることが示された.
また,PVAキャストドライゲルおよびコンポジット型ハイブリッドゲルの表面に,多孔質体からの転写によって微小な凹凸を付与したところ,水潤滑下では摩擦開始後初期の摩擦係数が摩擦係数が顕著に低下したが,摩擦距離の増大により摩耗が進行しその効果は消失した.しかし,生体の関節面での摩擦運動を想定し,ヒアルロン酸水溶液を潤滑液としても用いた場合には,定常摩擦域においても摩擦係数の低減効果が持続し,水潤滑時と比較して50%程度摩擦係数が低下した.さらに摩耗も僅少であった.これは,凹凸部にトラップられた高粘度溶液が潤滑作用をもたらしていると考えられ,生体の関節液のような高粘度溶液での潤滑下ではPVAハイドロゲル表面への微細な凹凸の付与はトライボロジー特性の向上に有用であることが示された.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Evaluation of influence of changes in permeability with aging on friction and biphasic behaviors of artificial hydrogel cartilage2021

    • 著者名/発表者名
      Murakami Teruo、Sakai Nobuo、Yarimitsu Seido、Nakashima Kazuhiro、Yamaguchi Tetsuo、Sawae Yoshinori、Suzuki Atsushi
    • 雑誌名

      Biotribology

      巻: 26 ページ: 100178~100178

    • DOI

      10.1016/j.biotri.2021.100178

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 関節軟骨のコラーゲン線維構造の変化が力学特性に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      髙橋達也、鎗光清道、藤江裕道
    • 雑誌名

      臨床バイオメカニクス

      巻: 41 ページ: 299~304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 人工軟骨および再生軟骨の表面潤滑機能2020

    • 著者名/発表者名
      鎗光清道
    • 雑誌名

      材料の科学と工学

      巻: 54 ページ: 2~5

    • 査読あり
  • [学会発表] Influence of Surface Morphology on Tribological Properties of Poly(vinyl alcohol) Hydrogels as Artificial Cartilage2021

    • 著者名/発表者名
      Seido Yarimitsu, Teruo Murakami, Atsushi Suzuki
    • 学会等名
      5th International Conference on BioTribology
  • [学会発表] ポリビニルアルコールハイブリッドゲルの摩擦・摩耗特性に及ぼす乾燥温湿度の影響2020

    • 著者名/発表者名
      鎗光清道, 村上輝夫, 鈴木淳史
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020 秋 別府
  • [学会発表] 繊維強化PVAハイドロゲルによる固液二相潤滑機能の向上2020

    • 著者名/発表者名
      坂井伸朗, 鎗光清道, 佐々木沙織, 澤江義則, 小森望充, 村上輝夫
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020 秋 別府
  • [学会発表] 関節軟骨表層の配向コラーゲン線維が摩擦特性に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      髙橋達也, 鎗光清道, 藤江裕道
    • 学会等名
      トライボロジー会議2020 秋 別府

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公開日: 2021-12-27  

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