トリブロックコポリマーを用いた新たな高強度ハイドロゲル：医療機器ニュース

北海道大学は、トリブロックコポリマーをベースとした超高強度ハイドロゲルを開発した。水を大量に含みながらも、ゴムに匹敵する強さとタフネス、こんにゃくの100倍もの硬さなどの優れた物性を示す。将来的には医療用途への応用も期待される。

[MONOist]

　北海道大学は2016年4月28日、同大学大学院先端生命科学研究院のグン チェンピン―グン教授らのグループが、トリブロックコポリマーをベースとした超高強度ハイドロゲルを開発したと発表した。

　ハイドロゲルは、網目状につながったポリマーが多量の水を含んだ、ソフトかつウェットな材料であり、生体親和性が高いと目され、医療材料としての応用が期待されている。しかし、従来のハイドロゲルは水を大量に含んでいるため極めてもろく、実際の材料としての使用は、コンタクトレンズなどごく限られたものを除いて困難だった。

　今回、研究グループは、トリブロックコポリマー（3つの成分が順番に結合してできたポリマー）からなるハイドロゲルに、第2成分としてポリアクリルアミドというポリマーを加えることで、新しい高強度ダブルネットワークゲルを創り出した。ここで言うダブルネットワークとは、疎水性―親水性―疎水性という構造を持つトリブロックコポリマーを水中に入れた際、両端の疎水性部位が凝集する「疎水性相互作用」と、トリブロックコポリマーの親水性部位とポリアクリルアミドが作る比較的弱い「水素結合」のことだ。この2つの物理的結合の相乗効果により、極めて高強度・高タフネスなハイドロゲルを得ることに成功した。

　このハイドロゲルは、水を大量に含みながらも、ゴムに匹敵する強さとタフネス、こんにゃくの100倍もの硬さなどの優れた物性を示した。そのため、穴を空けたゲルにおもりをつるしても、穴が裂けて壊れることはない。また、元の長さの7倍に伸びるまで変形しても、応力が変形の大きさに比例して増大する。このような大変形まで線形応答を維持する材料はこれまでになかったという。修復も容易で、ゲルの破断面にジメチルホルムアミドという液体を塗布して再度接触させれば、壊れた結合が自発的に再形成される。

　このゲルは、生体内のような塩を含んだ環境でもその強さを発揮できることから、今後、ポリマーを生体適合性のあるものに置き換えることで生体での使用が可能になるなど、医療用途への応用が期待されるとしている。

ゲルの作り方

ゲルの優れた力学特性