軟骨に類似した巨視的な異方構造を有するゲルの創製に成功

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軟骨に類似した巨視的な異方構造を有するゲルの創製に成功

ハイドロゲルは，そのソフトでウェットな性質により生体との親和性が高く，生体材料としての応用が期待されています。加えて，2003 年に龔（グン）教授らのグループが高強度ダブルネットワークゲル（DN ゲル）を開発したことにより，生体軟骨に匹敵する強度をもつゲルが得られたため，ゲルの生体構造材料としての応用が現実味を帯びてきました。しかし，実際の生体組織は力学強度の他にも様々な機能を併せ持っています。例えば，生体軟骨はスムーズな関節の動きを保障する低摩擦性，大きな衝撃にも耐えられる靱性（タフネス），軟骨自身と骨とを強固に結ぶ高接着性を同時に発現しています。これらの多彩な機能は，軟骨中のコラーゲン線維（剛直な高分子）が軟骨表面では横に，骨との界面では縦に配向する（並ぶ）という，巨視的（mm オーダー）な異方構造によって発現していると考えられています。しかし従来，複雑な巨視的異方構造をゲルに導入する技術はなく，ゲルに多くの機能を持たせることは困難でした。
これに対し，大学院生の高橋をはじめとする龔グループのメンバーらは，「浸透圧によってゲル内部の応力場を制御することで剛直高分子を巨視的に配向させる」方法を開発しました。本方法はとても簡便であり，ゲル合成時に照射する光のパターンを変えるだけで，ゲルに含まれる剛直な高分子の配向方向を，局所的に，自由自在にコントロールできます。本方法によって，一般的には無秩序な構造を有するハイドロゲル内部に，剛直な高分子をデザインした通りに配向させることが初めて可能となり，その一例として軟骨中のコラーゲン線維を模倣した構造をゲル中に導入することに成功しました。
この結果は，生体組織の異方構造形成メカニズム解明のヒントになることや，より高度な機能を有する生体材料の創製への応用が期待されます。