引っ張ると頑丈になる自己補強ゲル ~繰り返し負荷に耐えられる人工靭帯などへの応用に期待~

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2021-06-04 東京大学,科学技術振興機構

ポイント
  • 引っ張ると頑丈になる自己補強ゲルを開発しました。材料を引っ張って大きな負荷を加えると、高分子鎖が結晶化することで硬くなり、ゲルの破断が抑制されます。
  • 大きな負荷がかかって高分子鎖が結晶化しても、力を取り除くと即座に元の状態に戻ります。その結果、最高水準の強靭性と即時回復性を併せ持つゲル材料の開発に成功しました。
  • 繰り返し大きな負荷がかかっても一定の力学応答を示すという特性から、人工靭帯・関節などの人工運動器への応用が期待されます。

東京大学 物性研究所の眞弓 皓一 准教授、東京大学 大学院新領域創成科学研究科の伊藤 耕三 教授らは、引っ張ると頑丈になる自己補強ゲルを開発しました。本ゲルを引っ張って大きな負荷を加えると、高分子鎖が結晶化することで硬くなり、ゲルの破断が抑制されます。その結果、自己補強ゲルは世界最高水準の強靭性を示します。また、大きな負荷がかかって一度高分子鎖が結晶化しても、力を取り除くと即座に元の状態に戻ることから、自己補強ゲルは強靭性に加えて優れた即時回復性を示すことも明らかとなりました。従来の高強度ゲルでは、変形に伴う内部構造の破壊によって強靭性を向上させていたため、繰り返し変形下における回復性に難点がありました。自己補強ゲルは強靭性と即時回復性を併せ持つ世界初のゲル材料となります。また高分子ゲルは水を主成分としていることから人体に埋め込む生体材料への応用に適しています。自己補強ゲルは、繰り返し大きな負荷がかかっても一定の力学応答を示すという特性から、人工靭帯・関節などの人工運動器への応用が期待されます。

本成果は米国科学誌「Science」に2021年6月4日オンライン掲載される予定です。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 CREST(No.JPMJCR1992)、未来社会創造事業(No.JPMJMI18A2)、科学研究費補助金・若手研究(15K17905)、基盤研究C(20K05627)、革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)「超薄膜化・強靱化『しなやかなタフポリマー』の実現」、産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリの支援を受けたものです。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Tough Hydrogels with Rapid Self-reinforcement”
DOI:10.1126/science.aaz6694
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
眞弓 皓一(マユミ コウイチ)
東京大学 物性研究所 附属中性子科学研究施設 准教授

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
東京大学 物性研究所 広報室
科学技術振興機構 広報課

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