北海道大学 研究シーズ集

Life Sciences

柔軟かつ強靱なゲル

福祉時代の新素材

人間生活の質の向上が求められる時代において、材料はどうあるべきか。その回答がダブルネットワークゲルをはじめとする強靭なゲルである。強靭ゲルは医療機器・生体組織代替物・生体模倣物の“質”を大きく変革する。

研究の内容

従来、軟材料といえばエラストマーが広く用いられてきているが、生体との接点あるいは代替として利用する場面では含水性が決定的に重要な要素となる。含水材料は水の物性を強く反映するため、熱の伝わり方が生き物らしい・電磁波の吸収特性が生体に近い・表面の摩擦が非常に低いなど、生体組織にとてもよく似た物性を示す。含水性軟材料といえばゲルであるが、従来のゲルは機械的強度が低く応用が制限されていた。我々は含水率が90%でありながらトラックが乗っても壊れない高強靭性ダブルネットワーク(DN)ゲルの開発に成功し、ゲルの応用の可能性を大きく広げた。また、DNゲルの強靭性を解明していく中で、「犠牲結合原理」を見出し、様々な材料を強靭化するコンセプトに到達することができた。近年DNゲル以外の様々なタイプの強靭ゲルを開発している。

  • 高強靭ダブルネットワークゲル

  • 歪応答性構造色ゲル
    ガラスを用い部分的に圧縮している

社会実装への可能性

  • ・生体ファントム(臓器、筋肉類似物性)
  • ・手術練習器機
  • ・傷害調査用ダミー人形
  • ・ロボット外装
  • ・人工軟骨、人工血管

産業界や自治体等へのアピールポイント

ゲルとは一言でいえば「形を持った水」である。その水がゴム並みの強靭さを兼ね備えることで初めて得られる機能があると期待している。また、当然ながら高分子の成分にも機能を持たせることが可能であるため、変形によって色が変化するゲル、内部破壊が視覚化できるゲルなど目的に応じて高分子材料を調製することが可能である。

研究キーワード

本研究に関連する知的財産

PCT/JP2003/004556 「(セミ)相互進入網目構造ハイドロゲル及びその製造方法」
(日本:特許第4381297号 米国:特許第8,029,824号 英:特許第1505093号 仏:特許第1505093号
独:特許第60334374.0-08号 中国:特許第ZL200300809712.5号 韓国:特許第10-1002147号)
2018/4/3公開