高含水ソフトマターと糖・蛋白・脂質の協調による体内超潤滑メカニズムの解明
【研究キーワード】
トライボロジー / 超潤滑 / ソフトマター / 生体高分子 / 生体関節
【研究成果の概要】
導入した回転式レオメータをベースとした摩擦試験機を用い，滑り速度に依存したハイドロゲル軟骨モデルの動的摩擦挙動を計測し，潤滑液中に添加した生体高分子成分の影響を評価した．その結果，最大摩擦係数を例とすると，タンパク質が摩擦係数を大きく上昇させるのに対し，脂質，ヒアルロン酸は摩擦係数を低下させ，両者を混合することで摩擦が最小化することが示された．また滑り速度と摩擦係数の関係を表す曲線の形状は，変曲点を示す特性速度，変曲点間の傾きなど，いくつかのパラメータにより規定されることを見いだした．実験結果からこれらのパラメータを抽出し，生体高分子成分による個々のパラメータへの影響を整理することで，各成分による摩擦増減メカニズムを特定する研究の方向性が得られた．また往復動摩擦試験機によるハイドロゲル軟骨モデルの摩擦評価では，タンパク質による摩擦上昇が，十分な流体潤滑膜の形成により抑制されることが示唆された．
生きた軟骨細胞を内包するアガロース軟骨モデルについては，培養中の軟骨モデルに周期的な圧縮・せん断変形を加え，細胞外基質産生を促進するための力学負荷培養システムを構築した．また培養後の軟骨モデルの摩擦を，パラレルプレートおよび微小荷重下におけるボール・オン・ディスク摩擦試験により評価した．後者の結果について，軟骨モデル／ガラス球間に生じるせん断応力とゾンマーフェルト数の関係を擬似ストライベック線図として整理し，細胞が産生しモデル内に蓄積された細胞外基質成分が，接触面間のせん断応力を減少させるだけでなく，弾性流体潤滑膜の形成を促進することを示した．
またハイドロゲル軟骨モデルの摩擦挙動に対する固液二相潤滑の寄与を評価するため，汎用有限要素解析ソフトABAQUSに流体解析用ユーザーサブルーチンを組み合わせた，固液二相有限要素解析システムを構築し，滑り速度の影響に関する解析を開始した．
【研究代表者】