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生体機能デバイス研究室

生体機能デバイス研究室

長寿命の人工関節を目指して

 関節の病気や事故などによって自身の関節が動かせなくなった時に,人工関節へ置き換えることで再び健康に動けるようになります.すでに世界中で臨床応用されている人工関節ですが,その寿命は十数年程度です.近年は平均寿命が長くなってきているため,より長い間使用できる人工関節が求められています.このようなニーズに応えるため,長寿命の人工関節の開発を目指し,基礎研究から応用研究までを行っています.

 人工関節の寿命を決定する要因は,摩擦面材料の摩耗が主要因です.人工関節を長寿命化するためには,摩耗が少ない材料,摩耗が少なくなる動作条件などを検討する必要があります.医師ではなく,工学者が人工関節の研究を行う理由はここにあります.一般の機械とは違い,人工関節は体の中で使用するために人体に有害な材料は使うことが出来ません.機械で用いられている機能的な材料などは多くの場合,人体に有害なものになります.人体内で安全に使用できる限られた材料から長寿命化を目指しています.

 生体関節は軟骨を介してしゅう動します.軟骨があるおかげで関節を滑らかに動かすことが出来ます.人工関節にも軟骨を導入することで滑らかに動かすことが出来ます.また,人工軟骨を導入することにより,潤滑モードを境界潤滑主体から流体潤滑へ移行させ,直接接触を防ぐことで摩耗を少なくすることも可能となります.本研究室では生体軟骨に近い機械的特性を持つハイドロゲルを用いた人工軟骨の開発と評価を行っています.

 現在の主要な人工関節材料の超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)よりもハイドロゲルは柔らかい(UHMWPEの弾性率は約600MPa,人工軟骨の弾性率は約10MPa)ため,摩耗が加速度的に進行する恐れがあります.このような摩耗を防ぐために,生体関節液に含まれる蛋白質をハイドロゲル表面に吸着させることで,ハイドロゲルの摩耗を防ぐ研究を行っています. 


中嶋 和弘 准教授

専門分野:バイオトライボロジー,バイオメカニクス,バイオマテリアル