超高強度ダブルネットワークゲルの化学種多様化と人工軟骨としての応用

超高强度双网络凝胶化学种类多样化及其在人工软骨中的应用

基本信息

批准号：
12F02340
负责人：
グン剣萍
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では「犠牲結合原理」を元に設計された、＋と－のモノマーをランダム共重合させることで得られる高強度両性イオン性ゲル（PAゲル）について、その強度の改良、高強度化メカニズム解明、および生体材料としての応用を目指した。昨年度は（共重合ではなく）ポリカチオン存在下でポリアニオンを重合するという方法で、同様の強靭性を有するポリイオンコンプレックスゲル(PICゲル)が得られた。PICゲルは、熱を掛ける、または塩を添加することにより容易にゾル-ゲル転移を起こすことが分かっており、加工性・成型性に優れる素材として有用である。そこで本年度は、PICゲルの詳細な物性、および加工法を研究した。PICゲルは、PAゲルと比べて極めて高い弾性率を示した。弾性率はイオンコンプレックスの状態と関連していると考えられ、イオン基の配列が整っていることにより強いイオン架橋が形成されることが主因と考えられる。このような強いイオン架橋を破壊するには大きなエネルギーを必要とするため、本ゲルの破壊靱性は11.8kJ/m^2にも達した。これは報告されているゲルの破壊エネルギーとしては最大のクラスに属する。本ゲルはタンパク質吸着を示さず、生体適合性が高いことも示唆された。さらに、PAゲルと同様に、ゲルを切断して再接合させることにより亀裂が消失する、自己修復性も示した。このような優れた特性は、再形成させたPICゲルでも変わらなかった。再形成法を応用して、PICゲルを濃厚塩化ナトリウム溶液に溶解させた後、純水中に糸状に押し出すことにより、PICゲル繊維が得られた。同様に、溶液を薄く基板にコートし、純水に浸すことによってゲル薄膜を、溶液を純水に滴下することによってゲルカプセルを得ることが出来た。以上のことから、今回開発したPICゲルは強度・加工性・生体適合性を併せ持つ、特に医療面で将来有望な材料であることが示唆された。

这项研究旨在提高基于“牺牲的结合原理”设计的高强度zwitterion凝胶（PA凝胶）的强度，并通过随机共聚 +和 - 单体获得，并阐明其强度的机理，并将其应用于生物材料。去年，通过聚阳离子（而非共聚）在聚合中，通过聚合聚会来获得具有相似韧性的Polyion复合凝胶（PIC凝胶）。已经发现PIC凝胶可以通过施加热量或添加盐来轻松地进行溶胶 - 凝胶过渡，并且可作为具有出色的可加工性和可塑性的材料。因此，今年我们研究了PIC凝胶的详细物理特性和处理方法。与PA凝胶相比，PIC凝胶显示出极高的弹性模量。弹性模量被认为与离子复合物的状态有关，主要原因是由于离子基团的比对形成了强离子桥的形成。由于需要大量能量才能打破如此强的离子交联，因此该凝胶的断裂韧性达到11.8 kJ/m^2。这属于凝胶报告的最大类破坏能。该凝胶没有蛋白质吸附，也被认为是高度生物相容性的。此外，与PA凝胶相似，它也显示出自修复的特性，在切割和重新加入凝胶时，裂缝消失了。即使经过改建的PIC凝胶，如此出色的特性也保持不变。通过应用改革方法，将PIC凝胶溶解在浓缩的氯化钠溶液中，然后将其挤入纯水中，形成丝状形式，从而导致PIC凝胶纤维。同样，通过将溶液薄涂在底物上并将其浸入纯水中以掉落凝胶膜，并将溶液添加到纯水中以获得凝胶胶囊，从而获得了凝胶胶囊。从上面的角度来看，这次的PIC凝胶既具有强度，加工性和生物相容性，并且在医疗状况方面尤其是有希望的材料。