JP6432860B2 - Method for producing hybrid gel - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッドゲル、及びハイブリッドゲルの製造方法に関する。   The present invention relates to a hybrid gel and a method for producing a hybrid gel.

ポリビニルアルコール(PVA)溶液を繰り返し凍結及び解凍することにより、PVAが物理架橋したPVAゲル(FTゲル)を製造する方法が従来知られている(非特許文献1)。また、PVA溶液を支持体上にキャストして乾燥させることにより、PVAが物理架橋したPVAゲル(CDゲル)を製造する方法が従来知られている(非特許文献2)。   A method for producing a PVA gel (FT gel) in which PVA is physically cross-linked by repeatedly freezing and thawing a polyvinyl alcohol (PVA) solution is conventionally known (Non-patent Document 1). Further, a method for producing a PVA gel (CD gel) in which PVA is physically cross-linked by casting a PVA solution on a support and drying is conventionally known (Non-patent Document 2).

K. Tamura, O. Ike, S. Hitomi, J. Isobe, Y. Shimizu, M. Nambu, A New Hydrogel and Its Medical Application, ASAIO Trans. 32 (1986) 605-609.K. Tamura, O. Ike, S. Hitomi, J. Isobe, Y. Shimizu, M. Nambu, A New Hydrogel and Its Medical Application, ASAIO Trans. 32 (1986) 605-609. E. Otsuka and A. Suzuki, A Simple Method to Obtain a Swollen PVA Gel Crosslinked by Hydrogen Bonds, Journal of Applied Polymer Science, 114(2009) 10-16.E. Otsuka and A. Suzuki, A Simple Method to Obtain a Swollen PVA Gel Crosslinked by Hydrogen Bonds, Journal of Applied Polymer Science, 114 (2009) 10-16.

従来の繰り返し凍結解凍法で得られるPVAゲルは、医療用途において生体機能を代替する材料として使用する程には、摩擦特性、摩耗特性、膨潤特性、剛性、引張り強度等の物性が十分ではない。このため、より優れた物性を有するPVAゲルが求められている。   The PVA gel obtained by the conventional repeated freeze-thaw method is not sufficient in physical properties such as friction characteristics, wear characteristics, swelling characteristics, rigidity, and tensile strength so as to be used as a material that substitutes for biological functions in medical applications. For this reason, the PVA gel which has the more outstanding physical property is calculated | required.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来のPVAゲルよりも動摩擦係数μが低い表面を有するハイブリッドゲル及びその製造方法の提供を課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the hybrid gel which has the surface whose dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k is lower than the conventional PVA gel, and its manufacturing method.

本発明は、下記[9]〜[21]の態様を有する。下記[1]〜[8]は本発明に関連する発明である。
[1]第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することにより得られた凍結解凍ゲルの表面に、第二のPVA水溶液をキャストして乾燥した後、水で膨潤することによって、前記凍結解凍ゲルの表面にキャストドライゲルが積層されてなることを特徴とするハイブリッドゲル。
[2]前記キャストドライゲルの一部が、前記凍結解凍ゲルの表層に浸透した境界層を形成していることを特徴とする前記[1]に記載のハイブリッドゲル。
[3]前記凍結解凍ゲルが、前記凍結及び解凍を複数回繰り返して形成されたものであることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載のハイブリッドゲル。
[4]水に対して平衡膨潤状態にある前記ハイブリッドゲルの重量(W)と、乾燥状態にある前記ハイブリッドゲルの重量(W)との重量膨潤比(W/W)が、3〜7
であることを特徴とする前記[1]〜[3]の何れか一項に記載のハイブリッドゲル。
[5]水に対して平衡膨潤状態にある前記ハイブリッドゲルのキャストドライゲルの厚みが0.5mm以上であることを特徴とする前記[1]〜[4]の何れか一項に記載のハイブリッドゲル。
[6]前記凍結解凍ゲルが、前記凍結及び解凍を2〜6回繰り返して形成されたものであることを特徴とする前記[1]〜[5]の何れか一項に記載のハイブリッドゲル。
[7]水に対して平衡膨潤状態にある前記ハイブリッドゲルにおいて、前記凍結解凍ゲルの水透過率が、前記キャストドライゲルの水透過率よりも10倍以上大きいことを特徴とする前記[1]〜[6]の何れか一項に記載のハイブリッドゲル。
[8]前記凍結解凍ゲルが、前記第一のPVA水溶液を凍結及び解凍した後で、乾燥し、さらに水で膨潤することによって得られたゲルであることを特徴とする前記[1]〜[7]の何れか一項に記載のハイブリッドゲル。
The present invention has the following aspects [9] to [21]. The following [1] to [8] are inventions related to the present invention.
[1] The second PVA aqueous solution is cast on the surface of the freeze-thawed gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution, dried, and then swollen with water. A hybrid gel characterized in that cast dry gel is laminated on the surface.
[2] The hybrid gel according to [1], wherein a part of the cast dry gel forms a boundary layer that penetrates into a surface layer of the freeze-thawed gel.
[3] The hybrid gel according to [1] or [2], wherein the freeze-thaw gel is formed by repeating the freezing and thawing a plurality of times.
[4] The weight swelling ratio (W t / W d ) between the weight (W t ) of the hybrid gel in an equilibrium swelling state with respect to water and the weight (W d ) of the hybrid gel in a dry state, 3-7
The hybrid gel according to any one of [1] to [3] above, wherein
[5] The hybrid according to any one of [1] to [4], wherein a thickness of the cast dry gel of the hybrid gel in an equilibrium swelling state with respect to water is 0.5 mm or more. gel.
[6] The hybrid gel according to any one of [1] to [5], wherein the freeze-thaw gel is formed by repeating the freeze and thaw 2 to 6 times.
[7] In the hybrid gel in an equilibrium swelling state with respect to water, the water permeability of the freeze-thawed gel is 10 times or more larger than the water permeability of the cast dry gel [1] The hybrid gel according to any one of to [6].
[8] The above-mentioned [1] to [1], wherein the freeze-thawed gel is a gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution, followed by drying and further swelling with water. [7] The hybrid gel according to any one of [7].

[9]第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することにより得られた凍結解凍ゲルの表面に、第二のPVA水溶液をキャストして乾燥した後、水で膨潤することによって、前記凍結解凍ゲルの表面にキャストドライゲルが積層されてなるハイブリッドゲルを得ることを特徴とするハイブリッドゲルの製造方法。
[10]前記第一のPVA水溶液の凍結及び解凍を複数回繰り返して凍結解凍ゲルを形成することを特徴とする前記[9]に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[11]前記キャストした第二のPVA水溶液を、前記凍結解凍ゲルの表面から表層部分に浸透させる処理を行うことを特徴とする前記[9]又は[10]に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[12]前記凍結解凍ゲルとして、前記第一のPVA水溶液を凍結及び解凍した後で、乾燥し、さらに水で膨潤することによって得られたゲルを用いることを特徴とする前記[9]〜[11]の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[13]前記凍結解凍ゲルを水中に浸漬して、前記凍結解凍ゲルから未架橋のPVAポリマーを溶出させる処理を行うことを特徴とする前記[9]〜[12]の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[14]前記第二のPVA水溶液をキャストした後に行う乾燥の温度が、4〜12℃であることを特徴とする前記[9]〜[13]の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[15]前記凍結解凍ゲルを支持体上に拘束した状態で、前記キャストした第二のPVA水溶液の乾燥を行うことを特徴とする前記[9]〜[14]の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[16]前記支持体として少なくとも表面が多孔質である支持体を使用し、前記表面に第三のPVA水溶液を塗布した後、その塗布面に前記凍結解凍ゲルを接触させて、前記第三のPVA水溶液を乾燥することによって、前記支持体の表面に前記凍結解凍ゲルを接着することを特徴とする前記[15]に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[17]前記支持体が、金属、金属酸化物、ガラス、セラミックス、及びカルシウム含有材からなる群から選ばれる一つ以上の材料を含むことを特徴とする前記[15]又は[16]に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[18]前記多孔質の平均空孔径が0.1μm〜600μmであることを特徴とする前記[16]又は[17]に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[19]前記第二のPVA水溶液の乾燥と、前記第三のPVA水溶液の乾燥とを同時に行うことを特徴とする前記[16]〜[18]の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[20]前記キャストした第二のPVA水溶液を、相対湿度30〜90%rhの雰囲気において、乾燥することを特徴とする前記[9]〜[19]の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[21]前記乾燥の期間中、前記雰囲気の相対湿度を段階的に変化させることを特徴とする前記[20]に記載のハイブリッドゲルの製造方法。
[9] After the second PVA aqueous solution is cast and dried on the surface of the freeze-thawed gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution, A method for producing a hybrid gel, characterized in that a hybrid gel obtained by laminating cast dry gel on a surface is obtained.
[10] The method for producing a hybrid gel according to [9], wherein the first PVA aqueous solution is repeatedly frozen and thawed to form a freeze-thawed gel.
[11] The method for producing a hybrid gel according to [9] or [10], wherein the cast second PVA aqueous solution is subjected to a treatment for allowing the surface layer portion to penetrate from the surface of the freeze-thawed gel.
[12] The above-mentioned [9] to [9], wherein the freeze-thawed gel is a gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution, followed by drying and further swelling with water. [11] The method for producing a hybrid gel according to any one of [11].
[13] The method according to any one of [9] to [12], wherein the freeze-thawed gel is immersed in water, and a process of eluting uncrosslinked PVA polymer from the frozen-thawed gel is performed. A method for producing a hybrid gel.
[14] The production of the hybrid gel according to any one of [9] to [13], wherein a drying temperature after casting the second aqueous PVA solution is 4 to 12 ° C. Method.
[15] The method according to any one of [9] to [14], wherein the cast second PVA aqueous solution is dried in a state where the freeze-thaw gel is constrained on a support. A method for producing a hybrid gel.
[16] A support having at least a porous surface is used as the support, and after the third PVA aqueous solution is applied to the surface, the freeze-thaw gel is brought into contact with the application surface, and the third The method for producing a hybrid gel according to [15], wherein the freeze-thawed gel is adhered to the surface of the support by drying an aqueous PVA solution.
[17] The above [15] or [16], wherein the support comprises one or more materials selected from the group consisting of metals, metal oxides, glass, ceramics, and calcium-containing materials. A method for producing a hybrid gel.
[18] The method for producing a hybrid gel as described in [16] or [17] above, wherein the average pore diameter of the porous material is 0.1 μm to 600 μm.
[19] The hybrid gel production according to any one of [16] to [18], wherein the second PVA aqueous solution and the third PVA aqueous solution are simultaneously dried. Method.
[20] The hybrid gel according to any one of [9] to [19], wherein the cast second PVA aqueous solution is dried in an atmosphere having a relative humidity of 30 to 90% rh. Production method.
[21] The method for producing a hybrid gel according to [20], wherein the relative humidity of the atmosphere is changed stepwise during the drying period.

本発明のハイブリッドゲルは、凍結解凍ゲル(FTゲル)の上にキャストドライゲル(CDゲル)が積層された構造を有する。ハイブリッドゲルの表面を構成するCDゲルは、単独のCDゲルと比べて、より低い動摩擦係数μを有する。このため、本発明のハイブリッドゲルは、医療分野における人工関節の軟骨の代替材料として有望な材料となり得る。 The hybrid gel of the present invention has a structure in which a cast dry gel (CD gel) is laminated on a freeze-thaw gel (FT gel). The CD gel constituting the surface of the hybrid gel has a lower dynamic coefficient of friction μ k compared to a single CD gel. For this reason, the hybrid gel of the present invention can be a promising material as a substitute material for the cartilage of an artificial joint in the medical field.

また、本発明のハイブリッドゲルにおいて、FTゲル及びCDゲルに任意の機能性物質を含有させることができる。例えば、ヒトの関節に多く存在するコンドロイチン硫酸やヒアルロン酸を含有させたハイブリッドゲルが、上記代替材料として有望な材料となり得る。   In the hybrid gel of the present invention, any functional substance can be contained in the FT gel and the CD gel. For example, a hybrid gel containing chondroitin sulfate and hyaluronic acid that are often present in human joints can be a promising material as the alternative material.

本発明のハイブリッドゲルの製造方法によれば、従来のCDゲルと比べて、より低い動摩擦係数μを有するハイブリッドゲルを容易に製造することができる。また、第一のPVA水溶液及び第二のPVA水溶液の容量を調整することにより、最表面を構成するCDゲルの動摩擦係数μの高低を容易に調整することができる。さらに第一のPVA水溶液及び第二のPVA水溶液をゲル化させる際の容器の形状を調整することにより、所望の形状のハイブリッドゲルを容易に得ることができる。 According to the manufacturing method for a hybrid gel of the present invention, as compared with the conventional CD gel, to easily manufacture a hybrid gel having a lower dynamic friction coefficient mu k. Further, by adjusting the capacities of the first PVA aqueous solution and the second PVA aqueous solution, the dynamic friction coefficient μ k of the CD gel constituting the outermost surface can be easily adjusted. Furthermore, a hybrid gel having a desired shape can be easily obtained by adjusting the shape of the container when the first PVA aqueous solution and the second PVA aqueous solution are gelled.

従来のCDゲル(CD)と、本発明の一例のハイブリッドゲル(Hybrid)と、従来のFTゲル(FT)と、乾燥処理を施したFTゲル(FTDゲル)(FTD)とについて、3種の垂直荷重(0.98N、2.94N、5.88N)を印加して測定した動摩擦係数μを比較する棒グラフである。Three types of conventional CD gel (CD), hybrid gel (Hybrid) as an example of the present invention, conventional FT gel (FT), and dried FT gel (FTD gel) (FTD) It is a bar graph which compares the dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k measured by applying a vertical load (0.98N, 2.94N, 5.88N). 図1の垂直荷重5.88Nの場合の各ゲルの摩擦曲線を示す図である。It is a figure which shows the friction curve of each gel in the case of the vertical load 5.88N of FIG. 図1と同じ4種のゲルについて、同じ垂直荷重を印加して測定した摩耗率eを比較する棒グラフである。For the same four gel with 1, it is a bar graph comparing the wear rate e w measured by applying a same vertical load. 図3AにおけるCDゲル(CD)、ハイブリッドゲル(Hybrid)、FTDゲル(FTD)の結果をプロットした図である。It is the figure which plotted the result of CD gel (CD) in FIG. 3A, a hybrid gel (Hybrid), and an FTD gel (FTD). 図3A及び図3Bの結果を得る際の摩耗試験において、各ゲルを浸漬させた水へ溶出したPVAの溶出濃度(単位:g/L)を示すプロット図である。It is a plot figure which shows the elution density | concentration (unit: g / L) of PVA which eluted to the water which immersed each gel in the abrasion test at the time of obtaining the result of FIG. 3A and FIG. 3B. 各ゲルの膨潤時における重量Wと乾燥時における重量Wから求まる重量膨潤比(W/W)、及び各ゲルの30%圧縮応力を表す棒グラフである。Weight swelling ratios obtained from the weight W d during the drying and the weight W t during swelling of the gel (W t / W d), and is a bar graph representing the 30% compressive stress of each gel. 各ゲルの膨潤時における重量Wと乾燥時における重量Wから求まる重量膨潤比(W/W)、及び各ゲルの50%圧縮応力を表す棒グラフである。Weight swelling ratios obtained from the weight W d during the drying and the weight W t during swelling of the gel (W t / W d), and is a bar graph representing the 50% compressive stress of each gel. 室温乾燥(25℃)で得たハイブリッドゲル(Q1)及び、低温乾燥(8℃)で得たハイブリッドゲル(Q2)について、ステンレス製の球状プローブを用いて測定した摩擦曲線を示す図である。It is a figure which shows the friction curve measured using the spherical probe made from stainless steel about the hybrid gel (Q1) obtained by room temperature drying (25 degreeC), and the hybrid gel (Q2) obtained by low temperature drying (8 degreeC). 室温乾燥(25℃)で得たハイブリッドゲル(Q1)及び、低温乾燥(8℃)で得たハイブリッドゲル(Q2)について、セラミック製の球状プローブを用いて測定した摩擦曲線を示す図である。It is a figure which shows the friction curve measured using the spherical probe made from a ceramic about the hybrid gel (Q1) obtained by room temperature drying (25 degreeC), and the hybrid gel (Q2) obtained by low temperature drying (8 degreeC). ハイブリッドゲル(S4)を構成するFT4ゲルとCDゲルの断面全体を映した写真である。It is the photograph which reflected the whole cross section of FT4 gel and CD gel which comprise a hybrid gel (S4). 図8のハイブリッドゲル(S4)のFT4ゲルとCDゲルとの境界部分を拡大した写真である。It is the photograph which expanded the boundary part of FT4 gel and CD gel of the hybrid gel (S4) of FIG. ハイブリッドゲル(S1)のFT4ゲルとCDゲルとの境界部分を拡大した写真である。It is the photograph which expanded the boundary part of FT4 gel and CD gel of a hybrid gel (S1). 浸透処理の時間を変えて作製したハイブリッドゲル(S1)〜(S5)の乾燥時の厚み(t)と、膨潤時の厚み(t)を示すプロット図である。A dry thickness of the hybrid gels made by changing the time of infiltration (S1) ~ (S5) ( t f), is a plot showing the thickness (t g) at the time of swelling. 浸透処理の時間を変えて作製したハイブリッドゲル(S1)〜(S5)について、膨潤時における重量Wと乾燥時における重量Wから求まる重量膨潤比(W/W)と、膨潤時における厚みtと乾燥時における厚みtから求まる厚さ膨潤比(t/t)と、を示すプロット図である。About the hybrid gels (S1) to (S5) produced by changing the time of the permeation treatment, the weight swelling ratio (W t / W d ) determined from the weight W t at the time of swelling and the weight W d at the time of drying, and the thickness swell ratio calculated from the thickness t f during the drying the thickness t g and (t g / t f), is a plot showing. CDゲル、FTゲル、ハイブリッドゲルの種類に関わらず、動摩擦係数μが小さいゲルは、その摩耗率eも小さいことを示すプロットである。CD gel, FT gel, regardless of the type of hybrid gel, the dynamic friction coefficient mu k is small gel is a plot showing that smaller the wear rate e w. ハイブリッドゲルを構成するFTゲルの凍結解凍サイクルの回数を変化させた場合の動摩擦係数μの変化を示すプロット図である。It is a plot figure which shows the change of the dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k when changing the frequency | count of the freeze-thaw cycle of FT gel which comprises a hybrid gel. ハイブリッドゲルを構成するFTゲルの凍結解凍サイクルの回数を変化させた場合の摩耗率eの変化を示すプロット図である。Is a plot showing the change in the wear rate e w in the case of changing the number of freeze-thaw cycles of FT gel constituting the hybrid gel. FTゲルの凍結解凍サイクルの回数を変えて製造したハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)について、膨潤時における重量Wと乾燥時における重量Wから求まる重量膨潤比(W/W)を示すプロット図である。For the hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) manufactured by changing the number of freeze-thaw cycles of the FT gel, the weight swelling ratio (W t / W d) determined from the weight W t during swelling and the weight W d during drying Is a plot diagram showing. FT4ゲルとCDゲルの相対的な重量を変化させて作製したハイブリッドゲル(P0)〜(P6)の破断応力を示すプロット図である。It is a plot figure which shows the breaking stress of the hybrid gel (P0)-(P6) produced by changing the relative weight of FT4 gel and CD gel. FT4ゲルとCDゲルの相対的な重量を変化させて作製したハイブリッドゲル(P0)〜(P6)の破断歪みを示すプロット図である。It is a plot figure which shows the fracture | rupture distortion of the hybrid gel (P0)-(P6) produced by changing the relative weight of FT4 gel and CD gel. FT4ゲルとCDゲルの相対的な重量を変化させて作製したハイブリッドゲル(P0)〜(P6)の弾性係数を示すプロット図である。It is a plot figure which shows the elastic modulus of the hybrid gel (P0)-(P6) produced by changing the relative weight of FT4 gel and CD gel. 一定量のFT4ゲルの上に積層するCDゲルの量を段階的に増加させて作製したハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)の摩擦曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the friction curve of hybrid gel (Y1)-(Y4) produced by increasing the quantity of CD gel laminated | stacked on a fixed amount of FT4 gel in steps. 図20の垂直荷重600gf(5.88N)の場合の各摩擦曲線を重ねて示すグラフである。FIG. 21 is a graph showing superimposed friction curves in the case of a vertical load of 600 gf (5.88 N) in FIG. 20. 図20の摩擦曲線を解析して得られた、3種の垂直荷重を印加した場合のハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)の各動摩擦係数μを示す棒グラフである。It is a bar graph which shows each dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k of the hybrid gel (Y1)-(Y4) at the time of applying three types of perpendicular | vertical load obtained by analyzing the friction curve of FIG. 図22の垂直荷重600gf(5.88N)の場合の各動摩擦係数μを白丸(○)でプロットし、図24の垂直荷重600gf(5.88N)の場合の各摩耗率eを黒丸(●)でプロットした図である。Each dynamic friction coefficient μ k in the case of the vertical load 600 gf (5.88 N) in FIG. 22 is plotted with a white circle (◯), and each wear rate e w in the case of the vertical load 600 gf (5.88 N) in FIG. It is the figure plotted by ●). 一定重量のFT4ゲルの上に積層するCDゲルの重量を段階的に増加させて作製したハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)の摩耗率eを示す棒グラフである。Is a bar graph showing the wear rate e w of gradually increasing the weight of the CD gel laminated on the constant weight of FT4 gel hybrid gels prepared (Y1) ~ (Y4). JIS−6251−8規格に準拠したダンベルカッターの型の形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the shape of the type | mold of the dumbbell cutter based on JIS-6251-8 standard. 本発明にかかるハイブリッドゲル(Q2)と(W1)の動摩擦係数μを比較したグラフである。図中、ハイブリッドゲル(Q2)の結果には「固着なし」のラベルを付し、ハイブリッドゲル(W1)の結果には「固着あり」のラベルを付した。It is the graph which compared the dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k of the hybrid gel (Q2) concerning this invention, and (W1). In the figure, the result of the hybrid gel (Q2) was labeled “no sticking”, and the result of the hybrid gel (W1) was labeled “sticking”. 本発明にかかるハイブリッドゲル(Z1)〜(Z3)の動摩擦係数μを比較したグラフである。図中、ハイブリッドゲル(Z1)、(Z2)、(Z3)の結果にはそれぞれ「AL60-Hyb-8℃80%」、「AL100-Hyb-8℃80%」、「AL180-Hyb-8℃(冷蔵庫乾燥)」のラベルを付した。4 is a graph comparing dynamic friction coefficients μ k of hybrid gels (Z1) to (Z3) according to the present invention. In the figure, the results of hybrid gels (Z1), (Z2), and (Z3) are “AL60-Hyb-8 ° C 80%”, “AL100-Hyb-8 ° C 80%”, “AL180-Hyb-8 ° C”, respectively. (Refrigerator drying) "label was attached. 本発明にかかるハイブリッドゲル(Z4)〜(Z6)を支持体であるアルミナ板から剥離したときの剥離力を比較したグラフである。図中、ハイブリッドゲル(Z4)、(Z1)、(Z2)の結果にはそれぞれ「20μm」、「60μm」、「100μm」のラベルを付した。It is the graph which compared the peeling force when peeling the hybrid gel (Z4)-(Z6) concerning this invention from the alumina plate which is a support body. In the figure, the results of hybrid gels (Z4), (Z1), and (Z2) were labeled “20 μm”, “60 μm”, and “100 μm”, respectively. 本発明にかかるハイブリッドゲル(J1)〜(J3)の動摩擦係数μ(Friction coefficient)を比較したグラフである。図中、ハイブリッドゲル(J1)、(J2)、(J3)の結果にはそれぞれ「Hybrid FT4-CD8℃50%rh」、「Hybrid FT4-CD8℃60%rh」、「Hybrid FT4-CD8℃80%rh」のラベルを付した。It is the graph which compared the dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k (Friction coefficient) of the hybrid gel (J1)-(J3) concerning this invention. In the figure, the results of hybrid gels (J1), (J2), and (J3) are “Hybrid FT4-CD8 ° C 50% rh”, “Hybrid FT4-CD8 ° C60% rh”, “Hybrid FT4-CD8 ° C80”, respectively. Labeled “% rh”. 本発明にかかるハイブリッドゲル(K1)〜(K4)の動摩擦係数μ(Friction coefficient)を比較したグラフである。図中、ハイブリッドゲル(K1)、(K2)、(K3)、(K4)の結果にはそれぞれ「Hybrid (K1)」、「Hybrid (K2)」、「Hybrid (K3)」、「Hybrid (K4)」のラベルを付した。It is the graph which compared the dynamic friction coefficient (micro | micron | mu) k (Friction coefficient) of the hybrid gel (K1)-(K4) concerning this invention. In the figure, the results of hybrid gels (K1), (K2), (K3), and (K4) are “Hybrid (K1)”, “Hybrid (K2)”, “Hybrid (K3)”, “Hybrid (K4), respectively. ) "Label. 本発明にかかるハイブリッドゲル(K1)のゲル表面状態について、摩擦試験前(a)と摩擦試験後(b)を比較した写真である。It is the photograph which compared the gel surface state of the hybrid gel (K1) concerning this invention before the friction test (a) and after the friction test (b). 本発明にかかるハイブリッドゲル(K3)のゲル表面状態について、摩擦試験前(a)と摩擦試験後(b)を比較した写真である。It is the photograph which compared the gel surface state of the hybrid gel (K3) concerning this invention before the friction test (a) and after the friction test (b). 本発明にかかるハイブリッドゲル(K4)のゲル表面状態について、摩擦試験前(a)と摩擦試験後(b)を比較した写真である。It is the photograph which compared the gel surface state of the hybrid gel (K4) concerning this invention before a friction test (a) and after a friction test (b). 摩擦試験の方法(2)における装置構成の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the apparatus structure in the method (2) of a friction test.

以下、好適な実施の形態に基づいて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments.

≪ハイブリッドゲル、及びその製造方法≫
本発明の第一態様のハイブリッドゲルは、第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することにより得られた凍結解凍ゲルの表面に、第二のPVA水溶液をキャストして乾燥した後、水で膨潤することによって、前記凍結解凍ゲルの表面にキャストドライゲルが積層されてなる積層ゲルである。
≪Hybrid gel and manufacturing method thereof≫
The hybrid gel of the first aspect of the present invention is swollen with water after the second PVA aqueous solution is cast and dried on the surface of the freeze-thawed gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution. By this, it is a laminated gel in which a cast dry gel is laminated on the surface of the freeze-thawed gel.

本発明の第二態様の、ハイブリッドゲルの製造方法は、第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することにより得られた凍結解凍ゲルの表面に、第二のPVA水溶液をキャストして乾燥した後、水で膨潤することによって、前記凍結解凍ゲルの表面にキャストドライゲルが積層されてなるハイブリッドゲルを得る方法である。   In the method for producing a hybrid gel according to the second aspect of the present invention, after the second PVA aqueous solution is cast and dried on the surface of the freeze-thawed gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution, This is a method for obtaining a hybrid gel in which a cast dry gel is laminated on the surface of the freeze-thawed gel by swelling with water.

前記ハイブリッドゲルを構成する凍結解凍ゲルは、第一のPVA水溶液を凍結(Freeze)及び解凍(Thaw)することによって形成される。本明細書において、前記凍結解凍ゲルを「FTゲル」と呼ぶことがある。
前記ハイブリッドゲルを構成するキャストドライゲルは、第二のPVA水溶液を前記凍結解凍ゲルの表面にキャストして(Cast)乾燥する(Dry)した後、水で膨潤することによって形成される。本明細書において、前記キャストドライゲルを「CDゲル」と呼ぶことがある。
The freeze-thaw gel constituting the hybrid gel is formed by freezing and thawing the first PVA aqueous solution. In the present specification, the freeze-thaw gel may be referred to as “FT gel”.
The cast dry gel constituting the hybrid gel is formed by casting the second aqueous PVA solution on the surface of the freeze-thawed gel (Cast), drying (Dry), and then swelling with water. In the present specification, the cast dry gel may be referred to as “CD gel”.

<PVA水溶液>
前記第一のPVA水溶液及び第二のPVA水溶液は、ポリビニルアルコール(PVA)を溶解した水溶液である。第一のPVA水溶液と第二のPVA水溶液は、同一の溶液であってもよいし、異なる溶液であってもよい。つまり、第一のPVA水溶液に溶解されたPVAの種類及び濃度は、第二のPVA水溶液に溶解されたPVAの種類及び濃度と同一であってもよいし、異なっていてもよい。以下では、単に「PVA水溶液」と呼ぶ場合は、第一と第二の区別をせず、両方のPVA水溶液を指す。
<PVA aqueous solution>
The first PVA aqueous solution and the second PVA aqueous solution are aqueous solutions in which polyvinyl alcohol (PVA) is dissolved. The first PVA aqueous solution and the second PVA aqueous solution may be the same solution or different solutions. That is, the type and concentration of PVA dissolved in the first PVA aqueous solution may be the same as or different from the type and concentration of PVA dissolved in the second PVA aqueous solution. Below, when only calling it "PVA aqueous solution", it does not distinguish between 1st and 2nd, but points out both PVA aqueous solution.

前記PVA水溶液の材料であるPVA(ポリビニルアルコール)は、ケン化度が95%以上、且つ、重合度が1000以上であることが好ましい。
PVAのケン化度の上限値は100%であるが、PVAの溶解度を高める観点から、そのケン化度は100%未満であることが好ましい。
PVAの重合度が1000以上であることにより、高い構造的強度のハイブリッドゲルが得られる。その重合度の上限値は特に制限されないが、溶解度を高める観点から、3000以下が好ましい。通常、使用するPVAの重合度が高い程、得られるハイブリッドゲルの構造的強度が高くなる傾向がある。ここで例示した物性をもつPVAは市販品として購入可能である。
PVA (polyvinyl alcohol) which is a material of the PVA aqueous solution preferably has a saponification degree of 95% or more and a polymerization degree of 1000 or more.
The upper limit of the saponification degree of PVA is 100%, but from the viewpoint of increasing the solubility of PVA, the saponification degree is preferably less than 100%.
When the degree of polymerization of PVA is 1000 or more, a hybrid gel with high structural strength can be obtained. The upper limit of the degree of polymerization is not particularly limited, but is preferably 3000 or less from the viewpoint of increasing the solubility. Usually, the higher the degree of polymerization of the PVA used, the higher the structural strength of the resulting hybrid gel. PVA having the physical properties exemplified here can be purchased as a commercial product.

前記PVA水溶液の濃度としては、特に制限されないが、好ましくは5〜25質量%、より好ましくは15〜20質量%である。
上記範囲内のPVA水溶液濃度とすることにより、形成される物理架橋の密度が十分に高まり、ハイブリッドゲルに十分な構造的強度を付与することができる。また、PVA水溶液の粘度が増して、容器内に注入し難くなること、低温での保存中にPVA水溶液のゲル化が進行してしまうことを防ぐことができる。
Although it does not restrict | limit especially as a density | concentration of the said PVA aqueous solution, Preferably it is 5-25 mass%, More preferably, it is 15-20 mass%.
By setting the PVA aqueous solution concentration within the above range, the density of the physical crosslink formed can be sufficiently increased, and sufficient structural strength can be imparted to the hybrid gel. Moreover, it can prevent that the viscosity of PVA aqueous solution increases and it becomes difficult to inject | pour into a container, and gelatinization of PVA aqueous solution advances during the preservation | save at low temperature.

前記PVA水溶液には、それがPVAの物理架橋を妨げる物質でなければ、種々の薬剤や機能性物質を含有してもよい。例えば、PVA水溶液に、予め機能性物質を混合、分散、又は溶解させておくことにより、形成するハイブリッドゲル中に機能性物質を担持させることができる。   The aqueous PVA solution may contain various drugs and functional substances as long as it is not a substance that prevents physical cross-linking of PVA. For example, the functional substance can be supported in the hybrid gel to be formed by previously mixing, dispersing, or dissolving the functional substance in the PVA aqueous solution.

前記機能性物質としては、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸等のヒトの関節に存在する生体物質、二酸化チタン等の無機微粒子や、多糖類及びタンパク質等の有機分子、N−イソプロピルアクリルアミド等の熱応答性高分子が例示できる。
前記機能性物質は、天然由来の物質であっても、化学合成されたものであってもよい。
また、前記有機分子は、低分子化合物であっても、高分子ポリマーであってもよい。
Examples of the functional substance include biological substances existing in human joints such as chondroitin sulfate and hyaluronic acid, inorganic fine particles such as titanium dioxide, organic molecules such as polysaccharides and proteins, and high heat-responsive properties such as N-isopropylacrylamide. A molecule can be exemplified.
The functional substance may be a naturally derived substance or a chemically synthesized substance.
The organic molecule may be a low molecular compound or a high molecular polymer.

前記機能性物質の前記PVA水溶液中の濃度としては、使用する機能性物質の大きさや物性にも依るが、例えば10〜20容量%程度にすることができる。   The concentration of the functional substance in the PVA aqueous solution may be, for example, about 10 to 20% by volume, although it depends on the size and physical properties of the functional substance to be used.

<凍結解凍ゲル(FTゲル)の作製>
前記ハイブリッドゲルを構成するFTゲルは、第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することにより得られる。例えば、第一のPVA水溶液をシャーレ等の容器に注ぎ、密閉した状態で、凍結及び解凍を行うことによって得られる。
<Preparation of freeze-thawing gel (FT gel)>
The FT gel constituting the hybrid gel can be obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution. For example, it can be obtained by pouring the first PVA aqueous solution into a container such as a petri dish and performing freezing and thawing in a sealed state.

前記容器の形状は特に制限されず、例えば、板状、筒状、棒状、箱状、回転楕円体状などの形状の容器が挙げられる。ここで、容器の形状はPVA水溶液を満たす空間の形状を意味する。従って、前記容器に入れたPVA水溶液及び作製するハイブリッドゲルの形状は、その容器の形状に従う。   The shape of the container is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a cylindrical shape, a rod shape, a box shape, and a spheroid shape. Here, the shape of the container means the shape of the space that fills the PVA aqueous solution. Therefore, the shape of the PVA aqueous solution contained in the container and the hybrid gel to be produced follow the shape of the container.

前記凍結の温度は、PVA水溶液を凍結させることが可能な温度であれば特に制限されないが、−80℃以上凝固点Tf(15質量%PVA水溶液の凝固点Tは約−15.5
℃)未満が好ましく、−60℃以上凝固点Tf未満がより好ましく、−30℃以上凝固点
未満が更に好ましい。
前記凍結の温度における凍結処理の時間は特に制限されない。例えば、15質量%のPVA水溶液を1〜5mm程度の厚さで容器に注いだ場合、通常、8〜24時間程度で凍結させることができる。
The temperature of freezing is not particularly limited as long as the temperature capable of freezing the aqueous PVA solution, the freezing point T f of -80 ° C. above the freezing point T f (15 wt% PVA aqueous solution of about -15.5
Less than -60 ° C and less than the freezing point Tf , more preferably -30 ° C and less than the freezing point.
The time for the freezing treatment at the freezing temperature is not particularly limited. For example, when a 15% by mass PVA aqueous solution is poured into a container with a thickness of about 1 to 5 mm, it can usually be frozen in about 8 to 24 hours.

前記解凍の温度は、凍結したPVA水溶液を解凍させることが可能であり、物理架橋したPVAを再溶解させない温度であれば特に制限されない。例えば、0℃〜50℃が好ましく、4〜30℃がより好ましく、4〜15℃が更に好ましい。
上記範囲のうち、なるべく低い温度で解凍することによって、結晶化度が大きく、膨潤比が小さく、構造的強度の強いFTゲルを得ることができる。
このような高強度のFTゲルを用いることにより、当該FTゲルの上に積層されるCDゲルの表面(ハイブリッドゲルの表面)の動摩擦係数μ及び摩耗率eがより低い、摩擦特性及び摩耗特性に優れたハイブリッドゲルを得ることができる。
The thawing temperature is not particularly limited as long as the frozen PVA aqueous solution can be thawed and does not re-dissolve the physically cross-linked PVA. For example, 0 to 50 ° C is preferable, 4 to 30 ° C is more preferable, and 4 to 15 ° C is still more preferable.
By thawing at a temperature as low as possible within the above range, an FT gel having a high crystallinity, a low swelling ratio, and a strong structural strength can be obtained.
By using FT gel such high strength, the FT dynamic friction coefficient mu k and wear rate e w of surface of CD gel to be laminated (the surface of the hybrid gel) on the gel is lower, frictional properties and wear A hybrid gel having excellent properties can be obtained.

前記解凍の温度における解凍処理の時間は特に制限されない。例えば、15質量%のPVA水溶液を1〜5mm程度の厚さで容器に注いで凍結させた場合、通常、8〜24時間程度で解凍させて、湿潤状態のFTゲルを得ることができる。   The time for the thawing process at the thawing temperature is not particularly limited. For example, when a 15 mass% PVA aqueous solution is poured into a container with a thickness of about 1 to 5 mm and frozen, it can be thawed usually for about 8 to 24 hours to obtain a wet FT gel.

形成するFTゲルの構造的強度を高める観点から、前記凍結及び解凍の処理は、複数回繰り返して行うこと好ましい。すなわち、1回目の凍結及び解凍を行って得られた湿潤状態のFTゲル(FT1ゲル)を、再び凍結させて、これを解凍する操作を複数回行うことが好ましい。   From the viewpoint of increasing the structural strength of the FT gel to be formed, the freezing and thawing treatment is preferably repeated a plurality of times. That is, it is preferable that the wet FT gel (FT1 gel) obtained by first freezing and thawing is frozen again and thawed several times.

本明細書においては、前記凍結及び解凍のサイクルを1回行って得られたFTゲルをFT1ゲルと呼び、前記サイクルを2回行って得られたFTゲルをFT2ゲルと呼び、3回以降のサイクルで得られたFTゲルも同様である。つまり、前記サイクルをn回行って得られたFTゲルをFTnゲルと呼ぶ。   In this specification, the FT gel obtained by performing the freeze and thaw cycle once is referred to as FT1 gel, and the FT gel obtained by performing the cycle twice is referred to as FT2 gel. The same applies to the FT gel obtained in the cycle. That is, an FT gel obtained by performing the cycle n times is called an FTn gel.

前記ハイブリッドゲルを構成するFTnゲルは、nが2〜10のFT2ゲル〜FT10ゲルが好ましく、nが2〜9のFT2ゲル〜FT8ゲルがより好ましく、nが2〜6のFT2ゲル〜FT6ゲルがさらに好ましい。
前記凍結及び解凍のサイクル回数nは特に制限されないが、上記範囲であることにより、構造的強度の高いFTゲルが得られる。このような高強度のFTゲルの上にCDゲルを積層することにより、前記ハイブリッドゲルの最表面を構成するCDゲルの動摩擦係数μ及び摩耗率eがより低い、摩擦特性及び摩耗特性に優れたハイブリッドゲルを得ることができる。
The FTn gel constituting the hybrid gel is preferably FT2 gel to FT10 gel with n of 2 to 10, more preferably FT2 gel to FT8 gel with n of 2 to 9, and FT2 gel to FT6 gel with n of 2 to 6. Is more preferable.
The number n of cycles of freezing and thawing is not particularly limited, but an FT gel with high structural strength can be obtained by being in the above range. By laminating the CD gel on a FT gel such high strength, the hybrid dynamic friction coefficient mu k and wear rate e w a CD gel constituting the outermost surface lower gel, friction characteristics and wear characteristics An excellent hybrid gel can be obtained.

前記ハイブリッドゲルを構成するFTゲルの厚みは、用途に応じて適宜設定することができる。例えば、0.5mm〜10mmの厚みのシート状のFTゲルを用いることにより、シート状のハイブリッドゲルを得ることができる。
シート状のFTゲルの厚みが薄過ぎる(例えば0.1mm未満)であると、ハイブリッドゲルの構造的強度が弱まる恐れがあり、さらに、ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面の動摩擦係数μ及び摩耗率eを充分に低下させることが困難になる場合がある。
The thickness of the FT gel constituting the hybrid gel can be appropriately set according to the application. For example, a sheet-like hybrid gel can be obtained by using a sheet-like FT gel having a thickness of 0.5 mm to 10 mm.
If the thickness of the sheet-like FT gel is too thin (for example, less than 0.1 mm), the structural strength of the hybrid gel may be weakened. Further, the dynamic friction coefficient μ k of the surface of the CD gel constituting the hybrid gel and it may be difficult to reduce sufficiently the wear rate e w.

<凍結解凍乾燥ゲル(FTDゲル)の作製>
前記ハイブリッドゲルを構成するFTゲルは、前記第一のPVA水溶液を凍結及び解凍した後で、乾燥し、さらに水で膨潤することによって得られたゲルであってもよい。この乾燥及び膨潤の処理を追加することによって得られたゲルを凍結解凍乾燥ゲル(FTDゲル)と呼ぶ。
<Preparation of freeze-thaw dried gel (FTD gel)>
The FT gel constituting the hybrid gel may be a gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution, and then drying and swelling with water. The gel obtained by adding this drying and swelling treatment is called a freeze-thaw dried gel (FTD gel).

通常、FTDゲルの構造的強度はFTゲルの構造的強度よりも高い傾向があるため、ハイブリッドゲルを構成するFTゲルをFTDゲルに代えることによって、前記摩擦特性及び摩耗特性が一層優れたハイブリッドゲルが得られる場合がある。   Usually, the structural strength of FTD gel tends to be higher than the structural strength of FT gel. Therefore, by replacing the FT gel constituting the hybrid gel with the FTD gel, the hybrid gel having more excellent friction characteristics and wear characteristics. May be obtained.

FTDゲルを作製するためには、まず、前述したように前記第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することによって、湿潤状態のFTゲルを作製する。続いて、このFTゲルを乾燥した乾燥体を得て、この乾燥体を水で膨潤することによって、膨潤状態のFTDゲルを得ることができる。   In order to prepare an FTD gel, first, a wet FT gel is prepared by freezing and thawing the first PVA aqueous solution as described above. Subsequently, a dried body obtained by drying the FT gel is obtained, and the dried body is swollen with water, whereby a swollen FTD gel can be obtained.

乾燥させるFTゲルは、前記凍結及び解凍のサイクルを1回行って得たFT1ゲルであってもよいし、前記サイクルをn回繰り返して得たFTnゲルであってもよい。
FTゲルを乾燥させる温度及び方法は特に制限されず、例えば、4〜40℃程度の空気雰囲気下で質量が一定になるまで自然に乾燥させる(風乾させる)方法が挙げられる。
The FT gel to be dried may be an FT1 gel obtained by performing the freeze and thaw cycle once or an FTn gel obtained by repeating the cycle n times.
The temperature and method for drying the FT gel are not particularly limited, and examples thereof include a method of naturally drying (air drying) until the mass becomes constant under an air atmosphere of about 4 to 40 ° C.

FTDゲルがハイブリッドゲルを構成する場合、そのFTDゲルの厚みは、用途に応じて適宜設定することができる。例えば、0.5mm〜10mmの厚みのシート状のFTDゲルを用いることにより、シート状のハイブリッドゲルを得ることができる。
シート状のFTDゲルの厚みが薄過ぎる(例えば0.1mm未満)であると、ハイブリッドゲルの構造的強度が弱まる恐れがあり、さらに、ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面の動摩擦係数μ及び摩耗率eを充分に低下させることが困難になる場合がある。
When FTD gel comprises a hybrid gel, the thickness of the FTD gel can be suitably set according to a use. For example, a sheet-like hybrid gel can be obtained by using a sheet-like FTD gel having a thickness of 0.5 mm to 10 mm.
If the thickness of the sheet-like FTD gel is too thin (for example, less than 0.1 mm), the structural strength of the hybrid gel may be weakened. Further, the dynamic friction coefficient μ k of the surface of the CD gel constituting the hybrid gel and it may be difficult to reduce sufficiently the wear rate e w.

<FTゲル及びFTDゲルの水中浸漬処理>
前記ハイブリッドゲルを構成するFTゲル又はFTDゲルの表面にCDゲルを積層する前に、FTゲル又はFTDゲルを水中に浸漬することによって、FTゲル又はFTDゲルから未架橋のPVAポリマーを溶出させることが好ましい。
この水中浸漬処理を行うことによって、第二のPVA溶液がFTゲル又はFTDゲルの表面に浸透する効率を高めることができる。この結果、CDゲルの一部が、FTゲル又はFTDゲルの表層に浸透した境界層を形成することが比較的容易になる。
<In-water immersion treatment of FT gel and FTD gel>
Before laminating the CD gel on the surface of the FT gel or FTD gel constituting the hybrid gel, the uncrosslinked PVA polymer is eluted from the FT gel or FTD gel by immersing the FT gel or FTD gel in water. Is preferred.
By performing this immersion treatment in water, the efficiency with which the second PVA solution permeates the surface of the FT gel or FTD gel can be increased. As a result, it becomes relatively easy for a part of the CD gel to form a boundary layer that penetrates the surface layer of the FT gel or the FTD gel.

前記水中浸漬処理の具体的方法としては、例えば、20〜30℃程度の超純水中にFTゲル又はFTDゲルを浸漬して、必要に応じて緩やかに撹拌しながら、1時間〜5日間程度浸漬する方法が挙げられる。
浸漬時間はゲルの大きさに応じて適宜設定すればよい。未架橋ゲルを充分に溶出させる観点から、通常、FTゲル又はFTDゲルを水に対して平衡膨潤させるために必要な時間よりも長い時間で浸漬することが好ましい。
As a specific method of the water immersion treatment, for example, FT gel or FTD gel is immersed in ultrapure water of about 20 to 30 ° C., and gently stirred as necessary for about 1 hour to 5 days. The method of immersing is mentioned.
What is necessary is just to set immersion time suitably according to the magnitude | size of a gel. From the viewpoint of sufficiently elution of the uncrosslinked gel, it is usually preferable to immerse the FT gel or FTD gel for a longer time than that required for equilibrium swelling with water.

<CDゲルの積層>
FTゲル又はFTDゲルの表面に第二のPVA水溶液をキャストして、乾燥した後、水で膨潤することによって、FTゲル又はFTDゲルの表面にCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲルが得られる。
<Lamination of CD gel>
The second PVA aqueous solution is cast on the surface of the FT gel or FTD gel, dried, and then swollen with water to obtain a hybrid gel in which the CD gel is laminated on the surface of the FT gel or FTD gel.

第二のPVA水溶液をFTゲル又はFTDゲルの表面にキャストした後、所定時間待つことによって、第二のPVA水溶液をFTゲル又はFTDゲルの表面から表層部分に浸透させる処理を行うことが好ましい。この浸透処理を行うことによって、CDゲルの一部が、FTゲル又はFTDゲルの表層に浸透した境界層を形成しつつ、CDゲルをFTゲル又はFTDゲルの上に積層することができる。   After the second PVA aqueous solution is cast on the surface of the FT gel or FTD gel, it is preferable to perform a treatment for allowing the second PVA aqueous solution to penetrate from the surface of the FT gel or FTD gel to the surface layer portion by waiting for a predetermined time. By performing this infiltration treatment, the CD gel can be laminated on the FT gel or the FTD gel while forming a boundary layer in which a part of the CD gel has infiltrated the surface layer of the FT gel or FTD gel.

前記浸透処理の時間は、8℃で行う場合、6時間〜14日間程度が好ましく、24時間〜10日間程度がより好ましく、48時間〜7日間程度がさらに好ましい。
通常、室温で1時間静置する程度では、実質的な浸透を行うことは困難である。浸透時間を長くする程、浸透が進むため、形成される境界層が厚くなる傾向がある。しかし、14日間を超えて浸透処理を継続しても、浸透が停滞して、形成される境界層の厚みの増加は頭打ちになる傾向がある。
The time for the infiltration treatment is preferably about 6 hours to 14 days, more preferably about 24 hours to 10 days, and further preferably about 48 hours to 7 days, when it is performed at 8 ° C.
Usually, it is difficult to perform substantial permeation only by allowing it to stand at room temperature for 1 hour. The longer the permeation time, the greater the permeation, so that the boundary layer formed tends to be thicker. However, even if the permeation treatment is continued for more than 14 days, the permeation stagnate and the increase in the thickness of the boundary layer formed tends to reach a peak.

前記浸透処理の温度を室温よりも高い温度、例えば40〜60℃で行った場合、浸透処理に要する時間を短縮できることがある。
前記浸透処理の方法は、FTゲル又はFTDゲルの上に第二のPVA水溶液をキャストした後、静置すればよい。なお、前述の通り、比較的長期間の浸透処理を行うため、浸透処理は密封状態で行い、キャストしたCDゲルが意図せずに乾燥することを防ぐことが好ましい。
When the temperature of the permeation treatment is higher than room temperature, for example, 40 to 60 ° C., the time required for the permeation treatment may be shortened.
The permeation method may be allowed to stand after casting the second PVA aqueous solution on the FT gel or FTD gel. As described above, since the permeation treatment is performed for a relatively long period of time, it is preferable that the permeation treatment is performed in a sealed state to prevent the cast CD gel from being dried unintentionally.

FTゲル又はFTDゲルの上に第二のPVA水溶液をキャストした後、直ぐに乾燥させてもよいし、前記浸透処理を経てから乾燥させてもよいが、前記浸透処理を経てから乾燥させることが好ましい。   After casting the second PVA aqueous solution on the FT gel or the FTD gel, it may be dried immediately or after the permeation treatment, but preferably after the permeation treatment. .

前記浸透処理を行い、ハイブリッドゲルを構成するFTゲル又はFTDゲルとCDゲルとの間に前記境界層を形成すると、ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面の動摩擦係数μ及び摩耗率eがより低くなり、摩擦特性及び摩耗特性が一層向上する。
このメカニズムは明らかではないが、境界層のPVAの密度が高くなっていること、境界層におけるPVAの微結晶の量が増大していること、境界層の強度が高くなっていること等が、前記摩擦特性及び摩耗特性の向上(即ち、μ及びeの低下)に寄与していると考えられる。
When the permeation treatment is performed and the boundary layer is formed between the FT gel or the FTD gel constituting the hybrid gel and the CD gel, the dynamic friction coefficient μ k and the wear rate e w of the surface of the CD gel constituting the hybrid gel are obtained. The friction and wear characteristics are further improved.
Although this mechanism is not clear, the density of PVA in the boundary layer is increased, the amount of PVA microcrystals in the boundary layer is increased, the strength of the boundary layer is increased, etc. It is thought that it contributes to the improvement of the friction characteristics and wear characteristics (that is, the decrease in μ k and e w ).

前記キャストの後又は前記浸透処理の後に、第二のPVA水溶液のキャスト時に湿潤状態若しくは平衡膨潤状態であったFTゲル又はFTDゲルと、その上にキャストされた第二のPVA水溶液とを乾燥させることによって、乾燥体を得る。この際、質量一定になるまで自然に乾燥させることが好ましい。生乾きの状態で乾燥処理を止めると、CDゲルの物理架橋が不十分になることがある。   After the casting or after the infiltration treatment, the FT gel or the FTD gel that has been in a wet state or an equilibrium swelling state when the second PVA aqueous solution is cast, and the second PVA aqueous solution cast thereon are dried. As a result, a dry body is obtained. At this time, it is preferable to dry naturally until the mass becomes constant. If the drying process is stopped in the state of being dried, the physical cross-linking of the CD gel may be insufficient.

FTゲル又はFTDゲルの上にキャストした第二のPVA水溶液を乾燥させる方法は特に制限されず、例えば、大気中又は減圧雰囲気において、0〜30℃程度で乾燥させることができる。この乾燥温度は、2〜20℃が好ましく、3〜16℃がより好ましく、4〜12℃がさらに好ましい。このように比較的低い温度で乾燥させることによって、積層するCDゲルがより柔軟になり、その表面の前記摩擦特性及び摩耗特性を向上させる(即ち、μ及びeを低下させる)ことができる。 The method for drying the second PVA aqueous solution cast on the FT gel or FTD gel is not particularly limited, and for example, it can be dried at about 0 to 30 ° C. in the air or in a reduced pressure atmosphere. The drying temperature is preferably 2 to 20 ° C, more preferably 3 to 16 ° C, and further preferably 4 to 12 ° C. By drying at such a relatively low temperature, the CD gel to be laminated becomes more flexible and can improve the friction and wear properties of its surface (ie, reduce μ k and e w ). .

前記キャストした第二のPVA水溶液の乾燥によるCDゲルの形成に伴って、FTゲル又はFTDゲルが前記乾燥によって収縮することがある。収縮によって平板性が失われることを防止し、一層優れた摩擦特性を備えたハイブリッドゲルを形成するために、前記キャストの前に予めFTゲル又はFTDゲルを支持体に拘束若しくは固定(固着)しておくことが好ましい。   As the CD gel is formed by drying the cast second PVA aqueous solution, the FT gel or the FTD gel may shrink due to the drying. In order to prevent loss of flatness due to shrinkage and to form a hybrid gel with better frictional properties, the FT gel or FTD gel is restrained or fixed (adhered) to the support in advance before the casting. It is preferable to keep it.

具体的な拘束方法として、例えば、支持体の表面に市販の接着剤若しくは第三のPVA水溶液を塗布することにより、FTゲル又はFTDゲルの周縁部を前記支持体の表面に接着する方法が挙げられる。周縁部を拘束しておくことにより、前記乾燥に伴ってFTゲル又はFTDゲルがゲル中心部に向かって収縮する力が働く一方、当該ゲルの周縁部が拘束されているため、収縮とは反対の方向に引張り力が働き、支持体の表面形状に沿ったハイブリッドゲルを形成することができる。支持体に対するより強力な拘束又は固定が必要な場合は、FTゲル又はFTDゲルの全面に前記接着剤若しくは第三のPVA水溶液を塗布して接着しても良い。医療用途を考慮すると、市販の接着剤からの化学物質の溶出を避けるために、第三のPVA水溶液を使用して接着する方が好ましい。第三のPVA水溶液のPVA濃度は特に制限されず、例えば、第二のPVA水溶液と同じPVA濃度にすることができる。   As a specific restraining method, for example, a method of adhering the peripheral portion of the FT gel or FTD gel to the surface of the support by applying a commercially available adhesive or a third PVA aqueous solution to the surface of the support. It is done. By constraining the peripheral edge, a force is exerted on the FT gel or FTD gel to shrink toward the center of the gel along with the drying, while the peripheral edge of the gel is constrained, which is opposite to the shrinkage. A tensile force acts in the direction of, and a hybrid gel can be formed along the surface shape of the support. When stronger restraint or fixing to the support is required, the adhesive or the third PVA aqueous solution may be applied and adhered to the entire surface of the FT gel or FTD gel. In consideration of medical use, it is preferable to bond using a third PVA aqueous solution in order to avoid elution of chemical substances from commercially available adhesives. The PVA concentration of the third PVA aqueous solution is not particularly limited, and for example, it can be set to the same PVA concentration as the second PVA aqueous solution.

FTゲル又はFTDゲルを支持体に接着する接着剤若しくは第三のPVA水溶液の乾燥は、当該FTゲル又はFTDゲルの上に第二のPVA水溶液をキャストする前に予め行われていてもよいし、前記キャストされた第二のPVA水溶液の乾燥と同時に行っても良い。同時に乾燥処理を進めることにより、ハイブリッドゲルの製造効率を向上させることができる。なお、同時に乾燥処理を進めた場合にも、CDゲルの形成よりも接着の方が速く進行するように、接着に使用する接着剤若しくは第三のPVA水溶液は少量で薄く塗布することが好ましい。CDゲルの形成よりも接着の方が速く進行すれば、上記の乾燥処理時にFTゲル又はFTDゲルを支持体に充分に拘束又は固定することができる。   The FT gel or the adhesive for bonding the FTD gel to the support or the drying of the third PVA aqueous solution may be performed in advance before casting the second PVA aqueous solution on the FT gel or the FTD gel. The drying may be performed simultaneously with the drying of the cast second PVA aqueous solution. By simultaneously carrying out the drying treatment, the production efficiency of the hybrid gel can be improved. Note that it is preferable to apply a small amount of the adhesive or the third PVA aqueous solution used for adhesion so that the adhesion proceeds faster than the formation of the CD gel even when the drying process is simultaneously performed. If the adhesion proceeds faster than the formation of the CD gel, the FT gel or the FTD gel can be sufficiently restrained or fixed to the support during the drying treatment.

前記支持体は、平板状であることが好ましく、ハイブリッドゲルを拘束する表面が多孔質であることがより好ましい。平板状の支持体を使用することにより、平板状で使い勝手の良い、優れた摩擦特性を有するハイブリッドゲルが得られる。また、多孔質表面の支持体を使用することにより、FTゲル又はFTDゲルを当該表面に容易に拘束し、乾燥に伴うゲルの収縮をより一層抑制することができるため、優れた摩擦特性を有するハイブリッドゲルが得られる。   The support preferably has a flat plate shape, and more preferably has a porous surface that restrains the hybrid gel. By using a flat plate-like support, a hybrid gel having excellent frictional properties that is flat and easy to use can be obtained. In addition, by using a porous surface support, the FT gel or FTD gel can be easily restrained on the surface, and the shrinkage of the gel due to drying can be further suppressed. A hybrid gel is obtained.

前記多孔質の平均空孔径は特に制限されないが、例えば、0.1μm〜600μmが好ましく、60μm〜580μmがより好ましく、100μm〜300μmが更に好ましい。
上記範囲の下限値以上であることにより、前記支持体にFTゲル又はFTDゲルを接着する場合の前記接着剤若しくは第三のPVA水溶液が短時間で多孔質内の表面に浸透するため、前記支持体にFTゲル又はFTDゲルをより強力に拘束又は固定することができる。
上記範囲の上限値以下であることにより、多孔質表面の空孔の影響によって、ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの優れた摩擦特性が低減する可能性が少なくなる。多孔質表面の空孔が上記摩擦特性に影響するメカニズムは明らかになっていないが、多孔質表面の空孔にFTゲル又はFTDゲルの一部が落ち込み、ゲル表面に微細な凹凸パターンが形成される可能性が一因として考えられる。
The average pore diameter of the porous material is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm to 600 μm, more preferably 60 μm to 580 μm, and still more preferably 100 μm to 300 μm.
When the FT gel or FTD gel is adhered to the support, the adhesive or the third PVA aqueous solution penetrates the surface in the porous in a short time by being at least the lower limit of the above range. FT gel or FTD gel can be more strongly restrained or fixed to the body.
By being below the upper limit of the above range, the possibility that the excellent friction properties of the CD gel constituting the hybrid gel will be reduced due to the influence of pores on the porous surface. The mechanism by which pores on the porous surface affect the friction characteristics is not clear, but a part of the FT gel or FTD gel falls into the pores on the porous surface, and a fine uneven pattern is formed on the gel surface. One possibility is considered to be a cause.

前記支持体の材料は特に制限されず、例えば、金属、金属酸化物、ガラス、セラミックス、及びカルシウム含有材からなる群から選ばれる一つ以上の材料を含む支持体が好適である。前記金属は特に制限されず、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス、金などが挙げられる。前記金属酸化物は特に制限されず、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)、チタニア(酸化チタン)などが挙げられる。前記カルシウム含有材として、例えばハイドロキシアパタイトが好適な材料として挙げられる。ハイドロキシアパタイトは医療用途にも適した材料である。   The material of the support is not particularly limited, and for example, a support including one or more materials selected from the group consisting of metals, metal oxides, glass, ceramics, and calcium-containing materials is preferable. The metal is not particularly limited, and examples thereof include aluminum, titanium, stainless steel, and gold. The metal oxide is not particularly limited, and examples thereof include alumina (aluminum oxide) and titania (titanium oxide). As the calcium-containing material, for example, hydroxyapatite is a suitable material. Hydroxyapatite is a material suitable for medical use.

FTゲル又はFTDゲルの上にキャストした第二のPVA水溶液を乾燥させる際、温度及び相対湿度を制御することが好ましい。具体的には、4〜25℃で乾燥させる場合、相対湿度は30〜90%rhであることが好ましく、4〜15℃で乾燥させる場合、相対湿度は30〜80%rhであることが好ましく、相対湿度は30〜70%rhであることがより好ましく、相対湿度は30〜60%rhであることが更に好ましい。   When drying the 2nd PVA aqueous solution cast on FT gel or FTD gel, it is preferable to control temperature and relative humidity. Specifically, when drying at 4 to 25 ° C., the relative humidity is preferably 30 to 90% rh, and when drying at 4 to 15 ° C., the relative humidity is preferably 30 to 80% rh. The relative humidity is more preferably 30 to 70% rh, and the relative humidity is further preferably 30 to 60% rh.

前記キャストした第二のPVA水溶液を乾燥させる際の温度及び相対湿度は、乾燥開始からゲルの質量が一定になるまでの乾燥終了時まで、一律(一定)であっても良いし、漸次又は段階的に変化させても良い。例えば、温度を一定にして、相対湿度を段階的に低くする乾燥方法を採用することによって、前記摩擦特性及び摩耗特性を向上させることができる。また、温度を段階的に上昇させると共に、相対湿度を段階的に低くする乾燥方法を採用することによって、前記摩擦特性及び摩耗特性を向上させることができる。また、乾燥工程の初期において乾燥が緩やかに進行し、乾燥工程の後期において乾燥が速やかに進行する(初期よりも速く乾燥が進行する)ように温度及び湿度を制御することによって、前記摩擦特性及び摩耗特性を向上させることができる。乾燥工程における温度及び湿度の制御によってこれらの特性が向上するメカニズムは明らかになっていないが、ハイブリッドゲルを構成するCDゲル内に形成される微小な結晶構造が、上記の特性向上に寄与することが一因として考えられる。   The temperature and relative humidity when drying the cast second PVA aqueous solution may be uniform (constant) from the start of drying until the end of drying until the mass of the gel becomes constant, gradually or in stages. May be changed. For example, the friction characteristics and wear characteristics can be improved by adopting a drying method in which the temperature is kept constant and the relative humidity is lowered stepwise. Moreover, the friction characteristics and the wear characteristics can be improved by adopting a drying method in which the temperature is raised stepwise and the relative humidity is lowered stepwise. In addition, by controlling the temperature and humidity so that drying progresses slowly in the early stage of the drying process and rapidly proceeds in the later stage of the drying process (drying progresses faster than the initial stage), the friction characteristics and Wear characteristics can be improved. Although the mechanism by which these properties are improved by controlling the temperature and humidity in the drying process is not clear, the minute crystal structure formed in the CD gel that constitutes the hybrid gel contributes to the improvement of the above properties. Can be considered as a cause.

FTゲル又はFTDゲルの上にキャストした第二のPVA水溶液の乾燥処理は、製造ロット毎のゲルの物性を均一にする観点から、ゲル全体の質量が一定になるまで乾燥させることが好ましい。乾燥処理によって形成された乾燥状態のハイブリッドゲルの含水率は、乾燥時の雰囲気の温度及び相対湿度によって変化する。上記乾燥処理後のハイブリッドゲルの含水率は、ハイブリッドゲルの全質量に対して5〜20質量%であることが好ましい。この範囲の含水率となるように乾燥処理を行うことによって、CDゲル内の微結晶構造が前記摩擦特性及び摩耗特性の向上に有利な構造になり得る。なお、上記含水率はシャーレ内に流し込んだPVA水溶液の重量Wa、重量が一定になるまで乾燥させたときのフィルム重量Wbをそれぞれ測定し、含水率=(Wb−Wa×0.15)÷(Wa×0.15)×100(%)の式で算出する。この算出式において「0.15」は第一のPVA水溶液に含まれるPVAの質量の割合である。   The drying treatment of the second PVA aqueous solution cast on the FT gel or the FTD gel is preferably dried until the mass of the entire gel becomes constant from the viewpoint of making the physical properties of the gel uniform for each production lot. The moisture content of the dried hybrid gel formed by the drying process varies depending on the temperature and relative humidity of the atmosphere during drying. The moisture content of the hybrid gel after the drying treatment is preferably 5 to 20% by mass with respect to the total mass of the hybrid gel. By performing the drying treatment so that the moisture content is in this range, the microcrystalline structure in the CD gel can be an advantageous structure for improving the friction characteristics and wear characteristics. The water content is determined by measuring the weight Wa of the PVA aqueous solution poured into the petri dish and the film weight Wb when the weight is constant until the weight becomes constant, and the water content = (Wb−Wa × 0.15) ÷ ( It is calculated by the formula of Wa × 0.15) × 100 (%). In this calculation formula, “0.15” is the ratio of the mass of PVA contained in the first PVA aqueous solution.

<ハイブリッドゲルを構成する各ゲルの重量及び厚み>
FTゲル又はFTDゲルの上にキャストする第二のPVA水溶液の重量(W)は、FTゲル又はFTDゲルの作製に用いた第一のPVA水溶液の重量(W)との相対比(W/W)を考慮して設定することができる。ここで、FTゲル又はFTDゲルの面積と、積層するCDゲルの面積とは基本的に同じであるため、両相の膨潤比が一定であれば、前記重量の相対比は、FTゲル又はFTDゲルの厚みと、積層するCDゲルの厚みとの相対比と同等である。
<Weight and thickness of each gel constituting the hybrid gel>
The weight (W 2 ) of the second PVA aqueous solution cast on the FT gel or the FTD gel is a relative ratio (W 1 ) to the weight (W 1 ) of the first PVA aqueous solution used for the preparation of the FT gel or FTD gel. 1 / W 2 ) can be set. Here, since the area of the FT gel or FTD gel and the area of the CD gel to be laminated are basically the same, if the swelling ratio of both phases is constant, the relative ratio of the weights is FT gel or FTD. It is equivalent to the relative ratio between the thickness of the gel and the thickness of the CD gel to be laminated.

以下、ハイブリッドゲルを作製する際に使用するPVA水溶液のうち、FTゲル又はFTDゲルを作製する際のPVA水溶液の厚みをTと呼び、CDゲルを積層する際の前記FTゲル上にキャストするPVA水溶液の厚みをTと呼び、FTゲルの表層部に浸透するPVA水溶液の厚みをTと呼ぶ。 Hereinafter, among the PVA aqueous solution used in making the hybrid gel, the thickness of the PVA aqueous solution making the FT gel or FTD gel is referred to as T 1, is cast on the FT gel when stacking the CD gel the thickness of the PVA aqueous solution is referred to as T 2, called the thickness of the PVA aqueous solution to penetrate into the surface layer of the FT gel and T 3.

前記重量の相対比(W/W)および前記厚みの相対比(T/T)は、特に制限されないが、例えば、0.1〜10の範囲で調整することが好ましい。 The relative ratio of the weight (W 1 / W 2 ) and the relative ratio of the thickness (T 1 / T 2 ) are not particularly limited, but it is preferably adjusted within a range of 0.1 to 10, for example.

前記重量Wと前記重量Wの和が一定である場合、又は、前記厚みTと前記厚みTの和が一定である場合において、前記重量及び厚みの相対比は、1.0以下が好ましく、0.5以下がより好ましく、0.2以下がさらに好ましい。また、前記重量及び厚みの相対比の下限値は特に制限されないが、通常、0.1以上に設定することが好ましい。
前記相対比を1.0以下とすることによって、ハイブリッドゲルの破断応力、破断歪み及び弾性係数を向上させ、ハイブリッドゲルの構造的強度を高めることができる。
When the sum of the weight W 1 and the weight W 2 is constant, or when the sum of the thickness T 1 and the thickness T 2 is constant, the relative ratio of the weight and the thickness is 1.0 or less. Is preferable, 0.5 or less is more preferable, and 0.2 or less is more preferable. Moreover, the lower limit value of the relative ratio of the weight and the thickness is not particularly limited, but it is usually preferable to set it to 0.1 or more.
By setting the relative ratio to 1.0 or less, the breaking stress, breaking strain and elastic modulus of the hybrid gel can be improved, and the structural strength of the hybrid gel can be increased.

ハイブリッドゲルを構成するFTゲル又はFTDゲルに対応する、前記厚みTの絶対値は、ハイブリッドゲルの用途に応じて適宜設定することができる。例えば、医療用途や農業用途においては、前記厚みTは0.1mm以上であることが好ましく、0.5mm以上であることがより好ましく、1.0mm以上であることがさらに好ましい。前記厚みTの上限値は特に制限されず、その上限値として、例えば50mm程度が想定され得る。
上記範囲で適宜検討することにより、医療用途や農業用途に適した構造的強度を有するハイブリッドゲルを得ることができる。
The absolute value of the thickness T 1 corresponding to the FT gel or FTD gel constituting the hybrid gel can be appropriately set according to the use of the hybrid gel. For example, in medical applications and agricultural applications, it is preferable that the thickness T 1 is 0.1mm or more, more preferably 0.5mm or more, more preferably 1.0mm or more. The upper limit of the thickness T 1 is not particularly limited, as the upper limit value, for example about 50mm can be envisaged.
By appropriately examining in the above range, a hybrid gel having a structural strength suitable for medical use and agricultural use can be obtained.

ハイブリッドゲルを構成するCDゲルに対応する、前記厚みTの絶対値は、ハイブリッドゲルの用途に応じて適宜設定することができる。例えば、医療用途や農業用途においては、前記厚みTは0.1mm以上であることが好ましく、0.5mm以上であることがより好ましく、1.0mm以上であることがさらに好ましい。前記厚みTの上限値は特に制限されず、その上限値として、例えば50mm程度が想定され得る。
上記範囲で適宜検討することにより、医療用途や農業用途に適した表面特性、特に動摩擦係数μ及び/又は摩耗率eが低い特性、を有するハイブリッドゲルを得ることができる。
The absolute value of the thickness T 2 corresponding to the CD gel constituting the hybrid gel can be appropriately set according to the use of the hybrid gel. For example, in medical applications and agricultural applications, it is preferable that the thickness T 2 are at 0.1mm or more, more preferably 0.5mm or more, more preferably 1.0mm or more. The upper limit of the thickness T 2 are not particularly limited, as the upper limit value, for example about 50mm can be envisaged.
By appropriately discussed above range, it is possible to obtain surface properties suitable for medical applications and agricultural applications, especially dynamic friction coefficient mu k and / or wear rate e w low characteristics, a hybrid gel having a.

前記構造的強度及び前記表面特性を向上させる観点から、例えば、FTゲル又はFTDゲルに対応する、前記厚みTを、1.0mm〜20mm、1.0mm〜10mm、又は1.0mm〜5.0mm程度に設定し、且つ、そのFTゲル又はFTDゲル上に積層するCDゲルに対応する、前記厚みTを、1.0mm〜30mm、1.5mm〜20mm、又は2.0mm〜10mm程度に設定することができる。なお、ここで示した組み合わせは一例であり、本発明に係るハイブリッドゲルの厚みはこれに限定されない。 From the viewpoint of improving the structural strength and the surface characteristics, for example, the thickness T 1 corresponding to FT gel or FTD gel is set to 1.0 mm to 20 mm, 1.0 mm to 10 mm, or 1.0 mm to 5. set to about 0 mm, and, corresponding to the CD gel to be stacked on the FT gel or FTD gel, the thickness T 2, 1.0mm~30mm, 1.5mm~20mm, or about 2.0mm~10mm Can be set. In addition, the combination shown here is an example and the thickness of the hybrid gel based on this invention is not limited to this.

ハイブリッドゲルの用途に適した構造的強度を確保し得るようにFTゲル又はFTDゲルの前記重量W又は前記厚みTを設定した後で、その重量W又は厚みTを一定に固定し、積層するCDゲルの前記重量W又は前記厚みTを設定する際、重量W≧重量W1、又は、厚みT≧厚みTの関係を満たすことが好ましい。
上記関係を満たすことにより、ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面の動摩擦係数μ及び/又は摩耗率eをより低くすることができる。このような表面特性は、特に医療用途に好適な場合がある。
After setting the weight W 1 or the thickness T 1 of the FT gel or FTD gel so as to ensure the structural strength suitable for the hybrid gel applications, securing the weight W 1 or the thickness T 1 constant When setting the weight W 2 or the thickness T 2 of the CD gel to be laminated, it is preferable that the relationship of weight W 2 ≧ weight W 1 or thickness T 2 ≧ thickness T 1 is satisfied.
By satisfying the above relationship, it is possible to lower the dynamic friction coefficient mu k and / or wear rate e w of surface of CD gel constituting the hybrid gel. Such surface characteristics may be particularly suitable for medical applications.

ハイブリッドゲルを構成するFTゲル又はFTDゲルの表層部分にCDゲルが浸透した状態で形成される境界層の厚みに対応する、前記厚みTは特に制限されない。前述の浸透処理によれば、通常、1μm〜1000μmの範囲、好適には10μm〜500μmの範囲で前記境界層の厚みに対応する前記厚みTを調整することができる。
ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面の動摩擦係数μ及び/又は摩耗率eを低くする観点から、境界層の厚みに対応する前記厚みTは上記好適な範囲において、なるべく厚い方が好ましい。なお、前述したCDゲルの厚みに対応する前記厚みTは、境界層の厚みに対応する前記厚みTを含まない厚みである。
CD gel corresponds to the thickness of the boundary layer formed in a state of being penetrated into the surface layer portion of the FT gel or FTD gel constituting the hybrid gel, the thickness T 3 is not particularly limited. According to the above-described infiltration process, usually in the range of 1Myuemu~1000myuemu, preferably capable of adjusting the thickness T 3 corresponding to the thickness of the boundary layer in the range of 10 m to 500 m.
From the viewpoint of reducing the dynamic friction coefficient mu k and / or wear rate e w of surface of CD gel constituting the hybrid gel, the thickness T 3 corresponding to the thickness of the boundary layer in the above preferred range, it is preferable as much as possible thick . The thickness T 2 corresponding to the thickness of the CD gel described above does not include the thickness T 3 corresponding to the thickness of the boundary layer.

作製したハイブリッドゲルを構成するFTゲル又はFTDゲルの厚みは、水に対して平衡膨潤状態にあるとき、前記厚みTよりも厚くなる傾向があり、例えば前記厚みTの1.05倍〜1.20倍程度に厚くなることがある。
作製したハイブリッドゲルを構成するCDゲルの厚みは、水に対して平衡膨潤状態にあるとき、前記厚みTよりも薄くなる傾向があり、例えば前記厚みTの0.90倍〜0.95倍程度に薄くなることがある。
また、作製後のハイブリッドゲルを構成するFTゲル、CDゲル及び境界層の各厚みは、ハイブリッドゲルの断面を位相差顕微鏡で観察することによって測定することができる。
When the thickness of the FT gel or FTD gel constituting the prepared hybrid gel is in an equilibrium swollen state with respect to water, it tends to be thicker than the thickness T 1 , for example, 1.05 times the thickness T 1 or more. 1. It may be about 20 times thicker.
The thickness of the CD gel constituting the prepared hybrid gel tends to be thinner than the thickness T 2 when it is in an equilibrium swelling state with respect to water, for example, 0.90 times to 0.95 times the thickness T 2. May be about twice as thin.
Moreover, each thickness of FT gel, CD gel, and boundary layer which comprises the hybrid gel after preparation can be measured by observing the cross section of a hybrid gel with a phase contrast microscope.

<ハイブリッドゲルの重量膨潤比>
水に対して平衡膨潤状態にある前記ハイブリッドゲルの重量(W)と、乾燥状態にある前記ハイブリッドゲルの重量(W)との重量膨潤比(W/W)は、2〜10が好ましく、3〜7がより好ましく、4〜6がさらに好ましい。上記範囲であることにより、高い構造的強度を有するハイブリッドゲルが得られる。
<Weight swelling ratio of hybrid gel>
The weight swelling ratio (W t / W d ) between the weight (W t ) of the hybrid gel in an equilibrium swollen state with respect to water and the weight (W d ) of the hybrid gel in a dry state is 2 to 10 Are preferable, 3-7 are more preferable, and 4-6 are more preferable. By being in the above range, a hybrid gel having high structural strength can be obtained.

<ハイブリッドゲルの水透過率>
以上で説明したハイブリッドゲルが水に対して平衡膨潤状態にあるとき、当該ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの水透過率(透水率)を、当該ハイブリッドゲルを構成するFTゲル又はFTDゲルの水透過率よりも100分の1程度に小さくすることができる。
すなわち、前述した作製方法によって得られる、水に対して平衡膨潤状態にあるハイブリッドゲルにおいて、前記FTゲル又はFTDゲルの水透過率を、前記CDゲルの水透過率よりも10倍以上、更には100倍以上、大きくすることができる。前述した作製方法によれば、例えば、(前記FTゲル又はFTDゲルの水透過率)/(前記CDゲルの水透過率)の比を10〜100程度にすることができる。
<Water permeability of hybrid gel>
When the hybrid gel described above is in an equilibrium swollen state with respect to water, the water permeability (water permeability) of the CD gel constituting the hybrid gel is determined based on the water permeability of the FT gel or FTD gel constituting the hybrid gel. The ratio can be reduced to about 1/100.
That is, in the hybrid gel in an equilibrium swelling state with respect to water obtained by the above-described production method, the water permeability of the FT gel or FTD gel is 10 times or more than the water permeability of the CD gel, It can be enlarged 100 times or more. According to the production method described above, for example, the ratio of (water permeability of the FT gel or FTD gel) / (water permeability of the CD gel) can be set to about 10 to 100.

例えば、前記ハイブリッドゲルを構成する、厚み0.5mmのFTゲルの表面と、厚み0.5mmのCDゲルの表面とに、それぞれ水圧6kPaをかけて、当該ハイブリッドゲルを透過する水量の時間変化を測定し、ハーゲン・ポアズイユの式から水透過率を計算した。その結果、前記ハイブリッドゲルを構成する、CDゲルの水透過率は約1×10−15〜9×10−15(単位:m/Ns)であり、FTゲルの水透過率は約1×10−13〜9×10−13(単位:m/Ns)であった。
このように、FTゲルの方がCDゲルよりも格段に高い水透過率(CDゲルの方がFTゲルよりも格段に低い水透過率)を有するハイブリッドゲルは、医療用途や農業用途において有用である。
For example, by applying a water pressure of 6 kPa on the surface of the FT gel having a thickness of 0.5 mm and the surface of the CD gel having a thickness of 0.5 mm constituting the hybrid gel, the time change of the amount of water that permeates the hybrid gel is changed. The water permeability was calculated from the Hagen-Poiseuille equation. As a result, the water permeability of the CD gel constituting the hybrid gel is about 1 × 10 −15 to 9 × 10 −15 (unit: m 4 / Ns), and the water permeability of the FT gel is about 1 × 10 −13 to 9 × 10 −13 (unit: m 4 / Ns).
Thus, the hybrid gel in which the FT gel has a significantly higher water permeability than the CD gel (the CD gel has a much lower water permeability than the FT gel) is useful in medical and agricultural applications. is there.

<ハイブリッドゲルの利用>
本発明に係るハイブリッドゲルを医療用途における人工軟骨の代替材料として用いる方法の一例を次に説明する。
人工軟骨の構成として、例えば、リン酸カルシウム、公知のセラミックス等からなる支持部材の表面を前記ハイブリッドゲルが覆う構成が挙げられる。この際、前記ハイブリッドゲルのFTゲル又はFTDゲルが支持部材に面するように配置し、当該ハイブリッドゲルのCDゲルが表面に露出するように配置することが好ましい。このように表面に露出されたCDゲルの表面は、人工軟骨の表面として機能し得る。この表面は、従来のPVAゲルよりも低い動摩擦係数μ及び摩耗率eを有するため、関節部で擦られる用途において、特に優れた摩擦特性及び摩耗特性を発揮し得る。
<Use of hybrid gel>
Next, an example of a method of using the hybrid gel according to the present invention as an alternative material for artificial cartilage in medical applications will be described.
Examples of the structure of the artificial cartilage include a structure in which the hybrid gel covers the surface of a support member made of calcium phosphate, known ceramics, or the like. At this time, it is preferable to arrange the FT gel or FTD gel of the hybrid gel so as to face the support member, and to arrange the CD gel of the hybrid gel exposed on the surface. The surface of the CD gel thus exposed on the surface can function as the surface of the artificial cartilage. This surface, since it has a conventional low dynamic friction coefficient than PVA gel mu k and wear rate e w, in applications where rubbed by the joint can exert particularly excellent friction characteristics and wear characteristics.

次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these examples.

<PVA水溶液の調製>
平均重合度1700、ケン化度98.00〜99.00%のPVA粉末(クラレ株式会社製、型番:PVA117)と、イオン交換水を蒸留した後さらにMilli−Qフィルターでイオン交換した超純水とを材料として使用した。
このPVA粉末と超純水をネジ口瓶に入れ、PVA濃度15.0質量%となるように調製し、90℃以上の温水中で十分に(約2時間)撹拌しながら湯煎した後、室温に戻すことにより、PVA粉末が完全に溶解したPVA水溶液を得た。
このPVA水溶液を用いて以下の方法で試料を作製した。
<Preparation of PVA aqueous solution>
PVA powder (model number: PVA117, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) having an average degree of polymerization of 1700 and a degree of saponification of 98.00 to 99.00%, and ultrapure water ion-exchanged with a Milli-Q filter after distillation of ion-exchanged water And were used as materials.
This PVA powder and ultrapure water are put into a screw-cap bottle, prepared to have a PVA concentration of 15.0% by mass, hot water roasted with sufficient stirring (about 2 hours) in warm water of 90 ° C. or higher, The PVA aqueous solution in which the PVA powder was completely dissolved was obtained.
Using this PVA aqueous solution, a sample was prepared by the following method.

<比較用の凍結解凍ゲル(FTゲル)の作製>
(1)内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに30gのPVA水溶液を流し込み、密閉した。
(2)シャーレを冷凍庫へ投入して−20℃で8時間凍結し、4℃で16時間解凍するサイクルを1〜8回繰り返してゲル化させた、湿潤状態のFTゲル(厚み:約2mm)を得た。
ここで、FTゲル作製時の凍結及び解凍を繰り返した前記サイクル回数に応じて、サイクル1回で得たゲルをFT1ゲルと呼び、同様に、サイクル2〜8回で得たゲルをそれぞれFT2ゲル〜FT8ゲルと呼ぶ。
(3)物性を評価する以下の比較試験においては、(2)で得られたFTゲルを超純水中に3日間浸漬し、FTゲル中の未架橋のPVAポリマーを水中に溶出させるとともに、平衡膨潤させたFTゲル(厚み:約2.5mm)を使用した。
<Preparation of comparative freeze-thaw gel (FT gel)>
(1) 30 g of PVA aqueous solution was poured into a petri dish made of polyethylene (PE) having an inner diameter of 85 mm and sealed.
(2) A wet FT gel (thickness: about 2 mm) in which a petri dish was put into a freezer, frozen at −20 ° C. for 8 hours, and gelated by repeating the cycle of thawing at 4 ° C. for 16 hours 1 to 8 times. Got.
Here, the gel obtained in one cycle is called FT1 gel according to the number of cycles of freezing and thawing repeated at the time of FT gel preparation. Similarly, the gel obtained in cycles 2 to 8 is respectively FT2 gel. ~ Called FT8 gel.
(3) In the following comparative test for evaluating physical properties, the FT gel obtained in (2) was immersed in ultrapure water for 3 days, and the uncrosslinked PVA polymer in the FT gel was eluted in water. An equilibrium swollen FT gel (thickness: about 2.5 mm) was used.

<比較用の、乾燥処理を加えたFTゲル(FTDゲル)の作製>
(1)内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに30gのPVA水溶液を流し込み、密閉した。
(2)シャーレを冷凍庫へ投入して−20℃で8時間凍結し、4℃で16時間解凍するサイクルを4回繰り返した。
(3)(2)で得た湿潤状態のFT4ゲルの質量が一定になるまで、8℃でゆっくり乾燥して、乾燥フィルムを得た。乾燥フィルムを超純水中に3日間浸漬し、平衡膨潤させたゲル(厚み:約2.5mm)を得た。この製法により得たPVAからなるゲルを以下でFTDゲルと呼ぶ。このFTDゲルの物性をFT4ゲルの物性と比べたところ、強度が増し、結晶化度が上がり、膨潤比が減少していた。
(4)なお、(2)で得た湿潤状態のFT4ゲルの外郭部(外周部)を接着剤により、シャーレの平面に固定し、ゲルの質量が一定になるまで8℃でゆっくり乾燥して、乾燥フィルムを得る方法により、より面積が大きく平らなゲルを作製することができる。
<Production of FT gel (FTD gel) with drying treatment for comparison>
(1) 30 g of PVA aqueous solution was poured into a petri dish made of polyethylene (PE) having an inner diameter of 85 mm and sealed.
(2) The petri dish was charged into a freezer, frozen at −20 ° C. for 8 hours, and thawed at 4 ° C. for 16 hours. The cycle was repeated 4 times.
(3) The wet FT4 gel obtained in (2) was dried slowly at 8 ° C. until the mass of the FT4 gel in a wet state became constant, thereby obtaining a dry film. The dried film was immersed in ultrapure water for 3 days to obtain an equilibrium swollen gel (thickness: about 2.5 mm). The gel made of PVA obtained by this production method is hereinafter referred to as FTD gel. When the physical properties of this FTD gel were compared with those of the FT4 gel, the strength increased, the crystallinity increased, and the swelling ratio decreased.
(4) In addition, the outer part (peripheral part) of the wet FT4 gel obtained in (2) is fixed to the plane of the petri dish with an adhesive, and slowly dried at 8 ° C. until the mass of the gel becomes constant. A flat gel having a larger area can be produced by a method of obtaining a dry film.

<比較用のキャストドライゲル(CDゲル)の作製>
(1)内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに30gのPVA水溶液を流し込んだ。
(2)8℃で質量一定となるまでゆっくり乾燥し、PVAからなるキャストフィルムを得た。
(3)(2)で作製したキャストフィルムを超純水中に24時間浸漬し、平衡膨潤させたゲル(厚み:1.2mm)を得た。この製法により得たCDゲルを比較試験に用いた。
<Preparation of comparative cast dry gel (CD gel)>
(1) 30 g of PVA aqueous solution was poured into a petri dish made of polyethylene (PE) having an inner diameter of 85 mm.
(2) It was slowly dried until the mass became constant at 8 ° C. to obtain a cast film made of PVA.
(3) The cast film prepared in (2) was immersed in ultrapure water for 24 hours to obtain an equilibrium swollen gel (thickness: 1.2 mm). The CD gel obtained by this production method was used for a comparative test.

<<ハイブリッドゲル、CDゲル、FTDゲル、FTゲルの摩擦特性および摩耗特性の比較>> << Comparison of friction and wear characteristics of hybrid gel, CD gel, FTD gel, and FT gel >>

<ハイブリッドゲルの作製(1)>
FT4ゲルの上に1層のキャストドライゲルを積層したハイブリッドゲル(Q1)を以下の様に作製した。なお、以下では、キャストドライゲルをCDゲルと呼ぶ。
<Preparation of hybrid gel (1)>
A hybrid gel (Q1) in which one layer of cast dry gel was laminated on the FT4 gel was produced as follows. Hereinafter, the cast dry gel is referred to as a CD gel.

前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの表面の上に前記PVA水溶液15gをキャストし、室温(約20〜30℃)で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(Q1)(厚み:2.3〜2.7mm)を得た。なお、ハイブリッドゲル(Q1)を作製するために使用した前記PVA水溶液は合計30gである。
A wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
15 g of the PVA aqueous solution was cast on the surface of this FT4 gel, and dried naturally until the mass became constant at room temperature (about 20 to 30 ° C.) to obtain a dried laminated film. Subsequently, the laminated film is immersed in ultrapure water and swollen, whereby a hybrid gel (Q1) in which one layer of CD gel is laminated on the surface of the FT4 gel (thickness: 2.3 to 2.. 7 mm). In addition, the said PVA aqueous solution used in order to produce a hybrid gel (Q1) is a total of 30g.

<ハイブリッドゲルの作製(2)>
FT4ゲルの上に1層のキャストドライゲルを積層したハイブリッドゲル(Q2)を以下の様に作製した。なお、以下では、キャストドライゲルをCDゲルと呼ぶことがある。
<Preparation of hybrid gel (2)>
A hybrid gel (Q2) in which one layer of cast dry gel was laminated on the FT4 gel was prepared as follows. Hereinafter, the cast dry gel may be referred to as a CD gel.

前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの表面の上に前記PVA水溶液15gをキャストし、8℃で質量一定になるまで自然にゆっくり乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(Q2)(厚み:2.3〜2.7mm)を得た。なお、ハイブリッドゲル(Q2)を作製するために使用した前記PVA水溶液は合計30gである。
A wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
15 g of the PVA aqueous solution was cast on the surface of this FT4 gel and dried slowly naturally until the mass became constant at 8 ° C. to obtain a dried laminated film. Subsequently, the laminated film is immersed in ultrapure water and swollen, whereby a hybrid gel (Q2) in which one layer of CD gel is laminated on the surface of the FT4 gel (thickness: 2.3 to 2.. 7 mm). In addition, the said PVA aqueous solution used in order to produce a hybrid gel (Q2) is 30g in total.

《摩擦特性の比較》
上記で得た、CDゲル、ハイブリッドゲル(Q1、Q2)、FTDゲル、及びFT4ゲルを超純水で平衡膨潤させて、超純水中における摩擦特性を評価した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(1)により、各試料の表面に球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重100gf(0.98N)、300gf(2.94N)、又は600gf(5.88N)、を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の動摩擦係数μを測定した。なお、ハイブリッドゲル(Q1、Q2)については、ハイブリッドゲル(Q1、Q2)を構成する最表面のCDゲルに前記プローブを当てて試験した。
《Comparison of friction characteristics》
The CD gel, hybrid gel (Q1, Q2), FTD gel, and FT4 gel obtained above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and the friction characteristics in ultrapure water were evaluated. Specifically, a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm) is applied to the surface of each sample by a friction test method (1) described later, and a vertical load of 100 gf (0.98 N), 300 gf (2.94 N). ) Or 600 gf (5.88 N) and repeatedly rubbing, the dynamic friction coefficient μ k of each sample was measured. In addition, about the hybrid gel (Q1, Q2), the said probe was applied to the outermost CD gel which comprises a hybrid gel (Q1, Q2), and it tested.

その結果、図1に示すように、「Hybrid」のラベルで示したハイブリッドゲル(Q2)の動摩擦係数μが、何れの垂直荷重においても最も低かった。
ここで、図1に示した結果を得る際の摩擦試験において、垂直荷重が600gf(5.88N)である場合の各ゲルの摩擦曲線を図2に示す。図2において、横軸はプローブの往復回数(Reciprocating number)を示し、縦軸は動摩擦係数μを示す。
As a result, as shown in FIG. 1, the dynamic friction coefficient μ k of the hybrid gel (Q2) indicated by the label “Hybrid” was the lowest at any vertical load.
Here, in the friction test for obtaining the result shown in FIG. 1, the friction curve of each gel when the vertical load is 600 gf (5.88 N) is shown in FIG. 2, the horizontal axis represents the number of reciprocations of the probe (Reciprocating number The), the vertical axis represents the dynamic friction coefficient mu k.

以上の結果から、従来のCDゲル、FTDゲル、及びFTゲルに比べて、本発明にかかるハイブリッドゲルは摩擦に強く、擦り減りが少ないことが理解される。
また、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、動摩擦係数が低い材料が求められる用途に、本発明にかかるハイブリッドゲルが好適であるといえる。
From the above results, it is understood that the hybrid gel according to the present invention is more resistant to friction and less worn out than the conventional CD gel, FTD gel, and FT gel.
Moreover, it can be said that the hybrid gel according to the present invention is suitable for uses where a material having a low coefficient of dynamic friction is required, such as a substitute material for cartilage of an artificial joint.

《摩耗特性の比較》
上記で得た、CDゲル、ハイブリッドゲル(Q1、Q2)、FTDゲル、及びFT4ゲルを超純水で平衡膨潤させて、その摩耗特性を評価した。具体的には、後述する方法により、各試料の表面に球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重100gf(0.98N)、300gf(2.94N)、又は600gf(5.88N)、を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の摩擦率eを測定した。なお、ハイブリッドゲル(Q1、Q2)については、ハイブリッドゲル(Q1、Q2)を構成する最表面のCDゲルに前記プローブを当てて試験した。
<Comparison of wear characteristics>
The CD gel, hybrid gel (Q1, Q2), FTD gel, and FT4 gel obtained above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and their wear characteristics were evaluated. Specifically, a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm) is applied to the surface of each sample by a method described later, and a vertical load of 100 gf (0.98 N), 300 gf (2.94 N), or 600 gf (5 .88N), by rubbing repeatedly while applying, to measure the friction factor e w of each sample. In addition, about the hybrid gel (Q1, Q2), the said probe was applied to the outermost CD gel which comprises a hybrid gel (Q1, Q2), and it tested.

その結果、図3Aに示すように、「Hybrid」のラベルで示したハイブリッドゲル(Q2)の摩擦率eが、何れの垂直荷重においても最も低かった。
この結果から、従来のCDゲル、FTDゲル、及びFTゲルに比べて、本発明にかかるハイブリッドゲルは摩擦に強く、擦り減りが少ないことが明らかである。
また、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、摩耗率が低い材料が求められる用途に、本発明にかかるハイブリッドゲルが好適であるといえる。
As a result, as shown in FIG. 3A, the friction factor e w hybrid gels indicated by the label of "Hybrid" (Q2) is the lowest in any of the vertical load.
From this result, it is clear that the hybrid gel according to the present invention is more resistant to friction and less worn out than conventional CD gels, FTD gels, and FT gels.
Moreover, it can be said that the hybrid gel according to the present invention is suitable for uses where a material with a low wear rate is required, such as a substitute material for cartilage of an artificial joint.

ここで、図3Aに示した結果をプロット図に変更して、図3Bに示す。図3Bにおいて、横軸は垂直荷重(WN (N))を示し、縦軸は摩耗率e(Wear ratio[%])を示す。
また、図3A及び図3Bの結果を得る際の摩耗試験において、各ゲルを浸漬させた水へ溶出したPVAの溶出量(単位:g/L)を、図4に示す。図4において、横軸は垂直荷重(Normal load[gf])を示し、縦軸は溶出量(Concentration[g/L])を示す。
Here, the result shown in FIG. 3A is changed to a plot diagram and shown in FIG. 3B. In FIG. 3B, the horizontal axis indicates the vertical load (W N (N)), and the vertical axis indicates the wear rate e w (Wear ratio [%]).
Moreover, in the abrasion test when obtaining the results of FIG. 3A and FIG. 3B, the elution amount (unit: g / L) of PVA eluted in the water in which each gel was immersed is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the vertical load (Normal load [gf]), and the vertical axis represents the elution amount (Concentration [g / L]).

<<ハイブリッドゲル、CDゲル、FTDゲル、FTゲルの膨潤比および圧縮応力の比較>> << Comparison of swelling ratio and compressive stress of hybrid gel, CD gel, FTD gel, FT gel >>

《重量膨潤比の測定》
上記のCDゲル、ハイブリッドゲル(Q2)、FT4ゲル、FTDゲルをそれぞれ超純水で平衡膨潤させて、各ゲルから10mm四方の試験片を切り出した。各試験片の重量Wを電子天秤で測定した。また、各試験片を乾燥させた乾燥体(乾燥フィルム)を得た。
各乾燥体の重量Wを電子天秤で測定した。
<Measurement of weight swelling ratio>
The CD gel, hybrid gel (Q2), FT4 gel, and FTD gel were equilibrated and swollen with ultrapure water, respectively, and a 10 mm square test piece was cut out from each gel. The weight W t of each specimen was measured by an electronic balance. Moreover, the dry body (dry film) which dried each test piece was obtained.
The weight W d of each dried body was measured by an electronic balance.

重量を測定した各試験片について、重量Wを重量Wで割った重量膨潤比(W/W)を求めた。この結果を図5および図6において、黒塗りの棒グラフで示す。 For each specimen was weighed, and determined the weight swelling ratios obtained by dividing the weight W t in weight W d a (W t / W d). The results are shown by black bar graphs in FIGS.

《30%圧縮応力の測定》
上記で得た、CDゲル、ハイブリッドゲル(Q2)、FT4ゲル、FTDゲルを超純水で平衡膨潤させて、後述する方法により、繰り返し圧縮試験を行い、各ゲルの30%圧縮応力σ30(単位:MPa)を測定した。この結果を図5において、白抜きの棒グラフで示す。
なお、圧縮応力σ30が大きい程、当該ゲルを厚み方向に押し潰すために要する力が大きいことを示す。
<< Measurement of 30% compressive stress >>
The CD gel, hybrid gel (Q2), FT4 gel, and FTD gel obtained above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and subjected to repeated compression tests by the method described below, and 30% compression stress σ 30 ( Unit: MPa). The result is shown by a white bar graph in FIG.
In addition, it shows that the force required in order to crush the said gel in the thickness direction is so large that compressive stress (sigma) 30 is large.

《50%圧縮応力の測定》
上記で得た、CDゲル、ハイブリッドゲル(Q2)、FT4ゲルを超純水で平衡膨潤させて、後述する方法により、繰り返し圧縮試験を行い、各ゲルの50%圧縮応力σ50(単位:MPa)を測定した。この結果を図6において、白抜きの棒グラフで示す。
なお、圧縮応力σ50が大きい程、当該ゲルを厚み方向に押し潰すために要する力が大きいことを示す。
<< Measurement of 50% compressive stress >>
The CD gel, hybrid gel (Q2), and FT4 gel obtained above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and subjected to repeated compression tests by the method described later. 50% compression stress σ 50 (unit: MPa) of each gel ) Was measured. The result is shown by a white bar graph in FIG.
In addition, it shows that the force required in order to crush the said gel in the thickness direction is so large that compressive stress (sigma) 50 is large.

《重量膨潤比および圧縮応力の比較》
図5及び図6の結果から、「Hybrid」のラベルで示したハイブリッドゲル(Q2)の重量膨潤比(W/W)が、従来のCDゲル及びFTゲルの重量膨潤比よりも低かった。
また、30%圧縮応力σ30及び50%圧縮応力σ50については、ハイブリッドゲル(Q2)の方が、従来のCDゲル及びFTゲルよりも高かった。
以上の測定結果から、従来のCDゲルおよびFTゲルよりも、本発明にかかるハイブリッドゲル(Q2)の方が、物理的な圧縮を受けた場合の形状保持力(剛性)が強いことが理解される。また、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、剛性が高い材料が求められる用途に、本発明にかかるハイブリッドゲルが好適であるといえる。
<Comparison of weight swelling ratio and compressive stress>
From the results of FIGS. 5 and 6, the weight swelling ratio (W t / W d ) of the hybrid gel (Q2) indicated by the label “Hybrid” was lower than the weight swelling ratio of the conventional CD gel and FT gel. .
Moreover, about 30% compression stress (sigma) 30 and 50% compression stress (sigma) 50 , the hybrid gel (Q2) was higher than the conventional CD gel and FT gel.
From the above measurement results, it is understood that the hybrid gel (Q2) according to the present invention has a stronger shape retention force (rigidity) when subjected to physical compression than the conventional CD gel and FT gel. The Moreover, it can be said that the hybrid gel according to the present invention is suitable for uses where a material having high rigidity is required, such as a substitute material for cartilage of an artificial joint.

《FTDゲルの物性について》
図5の結果から、FTDゲルは高い剛性を有することが理解される。しかし、図2において「FTD」のラベルが付されているFTDゲルの動摩擦係数μは、「Hybrid」のラベ
ルが付されているハイブリッドゲル(Q2)よりも大幅に高くなっている。よって、本発明にかかるハイブリッドゲルは、高い剛性と低い動摩擦係数μを併せ持つため、FTDよりも、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、高い剛性及び低い動摩擦係数が求められる用途において、より好適であるといえる。
<< Physical properties of FTD gel >>
From the results of FIG. 5, it is understood that the FTD gel has high rigidity. However, the dynamic friction coefficient μ k of the FTD gel labeled “FTD” in FIG. 2 is significantly higher than that of the hybrid gel (Q2) labeled “Hybrid”. Therefore, since the hybrid gel according to the present invention has both high rigidity and a low dynamic friction coefficient μ k, it is more suitable for applications requiring high rigidity and a low dynamic friction coefficient, such as an alternative material for cartilage of an artificial joint, than FTD. It can be said that it is preferable.

《ハイブリッドゲル(Q1)とハイブリッドゲル(Q2)の比較》
上記で得た、ハイブリッドゲル(Q1)と(Q2)を超純水で平衡膨潤させて、その摩擦特性を比較した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(1)により、各ハイブリッドゲルを構成する最表面のCDゲルに2種類の球状のプローブ(ステンレス球、φ=10mm;セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重600gf(5.88N)、を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の動摩擦係数μを測定した。その測定で得られた摩擦曲線を図7A(ステンレス球を使用した結果)、図7B(セラミック骨頭を使用した結果)に示す。図7A、図7Bにおいて、横軸はプローブの往復回数(Reciprocating number)を示し、縦軸は動摩擦係数μを示す。
<< Comparison of hybrid gel (Q1) and hybrid gel (Q2) >>
The hybrid gels (Q1) and (Q2) obtained above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and their friction characteristics were compared. Specifically, two kinds of spherical probes (stainless steel balls, φ = 10 mm; ceramic head, φ = 26 mm) are attached to the outermost CD gel constituting each hybrid gel by the friction test method (1) described later. The sample was subjected to repeated rubbing while applying a vertical load of 600 gf (5.88 N) to measure the dynamic friction coefficient μ k of each sample. The friction curve obtained by the measurement is shown in FIG. 7A (result using a stainless steel sphere) and FIG. 7B (result using a ceramic bone head). Figure 7A, 7B, the horizontal axis represents the number of reciprocations of the probe (Reciprocating number), the vertical axis represents the dynamic friction coefficient mu k.

図7A、図7Bの結果から、球状のプローブの種類によらず、室温で乾燥する処理を行ったハイブリッドゲル(Q1)よりも、8℃でゆっくり乾燥する処理を行ったハイブリッドゲル(Q2)の方が、低い動摩擦係数μを有していることが明らかである。
したがって、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、動摩擦係数が低い材料が求められる用途には、本発明にかかるハイブリッドゲル(Q2)がより好適であるといえる。
From the results of FIGS. 7A and 7B, the hybrid gel (Q2) subjected to the treatment of drying slowly at 8 ° C. rather than the hybrid gel (Q1) subjected to the treatment of drying at room temperature, regardless of the type of the spherical probe. It is clear that it has a lower dynamic friction coefficient μ k .
Therefore, it can be said that the hybrid gel (Q2) according to the present invention is more suitable for uses where a material having a low dynamic friction coefficient is required, such as a substitute material for cartilage of an artificial joint.

<<ハイブリッドゲル作製時の浸透処理の評価>> << Evaluation of Osmosis Treatment during Hybrid Gel Production >>

<ハイブリッドゲルの作製(3)>
FT4ゲルの上に1層のキャストドライゲルを積層したハイブリッドゲル(S1)及び(S4)を以下の様に作製した。なお、以下では、キャストドライゲルをCDゲルと呼ぶことがある。
<Preparation of hybrid gel (3)>
Hybrid gels (S1) and (S4) in which one layer of cast dry gel was laminated on FT4 gel were prepared as follows. Hereinafter, the cast dry gel may be referred to as a CD gel.

ハイブリッドゲル(S1)を作製する場合は、前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの表面の上に前記PVA水溶液15gをキャストし、8℃で質量一定になるまで自然にゆっくり乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(S1)を得た。
When preparing the hybrid gel (S1), a wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
15 g of the PVA aqueous solution was cast on the surface of this FT4 gel and dried slowly naturally until the mass became constant at 8 ° C. to obtain a dried laminated film. Subsequently, this laminated film was immersed in ultrapure water and swollen to obtain a hybrid gel (S1) in which one CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel.

ハイブリッドゲル(S4)を作製する場合は、前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの表面の上に前記PVA水溶液15gをキャストし、密閉して乾燥を防いだ状態で約5日間(120時間)静置した。この静置処理(浸透処理)により、PVA水溶液の一部をFT4ゲルの表層に浸透させた。次に、密閉状態を解除して、8℃で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(S4)を得た。
When preparing the hybrid gel (S4), a wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above, except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
On the surface of this FT4 gel, 15 g of the PVA aqueous solution was cast, and left to stand for about 5 days (120 hours) in a state of being sealed and preventing drying. A part of the PVA aqueous solution was infiltrated into the surface layer of the FT4 gel by this stationary treatment (penetration treatment). Next, the sealed state was released, and the film was naturally dried at 8 ° C. until the mass became constant, thereby obtaining a dried laminated film. Subsequently, this laminated film was immersed in ultrapure water and swollen to obtain a hybrid gel (S4) in which one CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel.

《ハイブリッドゲル(S1)及び(S4)の断面構造》
ハイブリッドゲル(S1)及び(S4)の断面において、FT4ゲルとCDゲルとの境界部分を位相差顕微鏡で観察した。
図8に、ハイブリッドゲル(S4)を構成するFT4ゲルとCDゲルの断面全体を映した写真を示す。中央付近がFT4ゲルとCDゲルとの境界部分を示す。
図9に、ハイブリッドゲル(S4)の境界部分を拡大した写真を示す。写真中のt=120hは、上記静置処理の時間が120時間であることを示す。
図10に、ハイブリッドゲル(S1)の境界部分を拡大した写真を示す。写真中のt=0hは、上記静置処理の時間が0時間であることを示す。
<< Cross-sectional structure of hybrid gels (S1) and (S4) >>
In the cross sections of the hybrid gels (S1) and (S4), the boundary portion between the FT4 gel and the CD gel was observed with a phase contrast microscope.
FIG. 8 shows a photograph showing the entire cross section of the FT4 gel and the CD gel constituting the hybrid gel (S4). The vicinity of the center shows the boundary portion between the FT4 gel and the CD gel.
FIG. 9 shows an enlarged photograph of the boundary portion of the hybrid gel (S4). T = 120h in the photograph indicates that the time for the stationary treatment is 120 hours.
FIG. 10 shows an enlarged photograph of the boundary portion of the hybrid gel (S1). T = 0h in the photograph indicates that the time for the stationary treatment is 0 hour.

上記の断面写真から、ハイブリッドゲル(S4)の境界部分において、CDゲルの一部がFT4ゲルの表層に浸透した境界層を形成していることが確認できた。   From the cross-sectional photograph, it was confirmed that a boundary layer in which a part of the CD gel penetrated the surface layer of the FT4 gel was formed at the boundary portion of the hybrid gel (S4).

<ハイブリッドゲルの作製(4)>
ハイブリッドゲル作製時における上記の静置処理(浸透処理)の時間を変化させた場合の、ハイブリッドゲルの厚み、重量膨潤比、厚さ膨潤比を調べる目的で、FT4ゲルの上に1層のCDゲルを積層したハイブリッドゲル(S1)〜(S5)を以下の様に作製した。
<Preparation of hybrid gel (4)>
One layer of CD on the FT4 gel for the purpose of examining the thickness, weight swelling ratio, and thickness swelling ratio of the hybrid gel when the time of the above-mentioned stationary treatment (penetration treatment) at the time of hybrid gel production is changed. Hybrid gels (S1) to (S5) in which gels were laminated were prepared as follows.

ハイブリッドゲル(S1)及び(S4)の作製においては、上述した通りに、浸透処理をそれぞれ0日(0時間)又は5日(120時間)行った。
ハイブリッドゲル(S2)を作製する方法は、浸透処理の時間を1日(24時間)に変更した以外は、ハイブリッドゲル(S4)を作製する方法と同じである。
ハイブリッドゲル(S3)を作製する方法は、浸透処理の時間を3日(72時間)に変更した以外は、ハイブリッドゲル(S4)を作製する方法と同じである。
ハイブリッドゲル(S5)を作製する方法は、浸透処理の時間を15日(360時間)に変更した以外は、ハイブリッドゲル(S4)を作製する方法と同じである。
In the preparation of the hybrid gels (S1) and (S4), as described above, the permeation treatment was performed for 0 days (0 hours) or 5 days (120 hours), respectively.
The method for producing the hybrid gel (S2) is the same as the method for producing the hybrid gel (S4), except that the permeation treatment time was changed to 1 day (24 hours).
The method for producing the hybrid gel (S3) is the same as the method for producing the hybrid gel (S4), except that the permeation treatment time was changed to 3 days (72 hours).
The method for producing the hybrid gel (S5) is the same as the method for producing the hybrid gel (S4), except that the permeation treatment time was changed to 15 days (360 hours).

上記で得たハイブリッドゲル(S1)〜(S5)を用いて、ハイブリッドゲル作製時における上記の浸透処理を変化させた場合の、ハイブリッドゲルの厚み、重量膨潤比、厚さ膨潤比を以下の様に調べた。   Using the hybrid gels (S1) to (S5) obtained above, the thickness, weight swelling ratio, and thickness swelling ratio of the hybrid gel when the above-described permeation treatment during hybrid gel production was changed are as follows. I investigated.

《ハイブリッドゲル(S1)〜(S5)の厚み》
上記浸透処理後、8℃で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルム(s1)〜(s5)を得た。これらの各乾燥フィルムの厚みtをノギスで測定した。この結果を図11で白丸(○)のプロットで示す。
その後、超純水で各乾燥フィルムを平衡膨潤させて得られたハイブリッドゲル(S1)〜(S5)の厚みtをノギスで測定した。この結果を図11で黒丸(●)のプロットで示す。
なお、図11において、横軸は上記の浸透処理の日数t(day)を示し、縦軸は厚み(単位:mm)を示す。
<< Thickness of hybrid gel (S1)-(S5) >>
After the permeation treatment, the laminated films (s1) to (s5) were obtained by naturally drying at 8 ° C. until the mass became constant. These thickness t f of the dried film was measured with calipers. The result is shown by a white circle (◯) plot in FIG.
Thereafter, the thickness t g of ultrapure water in a hybrid gel obtained by equilibrium swelling of each dry film (S1) ~ (S5) measured by calipers. The result is shown by a black circle (●) plot in FIG.
In FIG. 11, the horizontal axis indicates the number of days t (day) of the permeation treatment, and the vertical axis indicates the thickness (unit: mm).

図11の結果において、1日間〜5日間の浸透処理を行ったハイブリッドゲルの膨潤時の厚みは、5日間を超える長期間の浸透処理を行ったハイブリッドゲルの厚みよりも厚い。この結果は、1日間〜5日間の浸透処理の間に、徐々にPVA水溶液がFT4ゲルの表面から内部に浸透していることを示していると考えられる。従って、1日間〜5日間の浸透処理を行うことにより、PVA水溶液をFT4ゲルの表層部に浸透させて、CDゲルの一部がFT4ゲルの表層に浸透した境界層を形成できることが明らかである。
一方、5日間を超えた浸透処理を行っても、ハイブリッドゲルの厚みが変化していないことから、この試験例においては、FT4ゲル上にキャストされたPVA水溶液の浸透は、約5日間で頭打ちになっていると考えられる。
In the result of FIG. 11, the thickness at the time of swelling of the hybrid gel subjected to the permeation treatment for 1 day to 5 days is thicker than the thickness of the hybrid gel subjected to the permeation treatment for a long period exceeding 5 days. This result is considered to indicate that the PVA aqueous solution gradually permeates from the surface of the FT4 gel into the inside during the infiltration treatment for 1 day to 5 days. Therefore, it is clear that by performing the permeation treatment for 1 to 5 days, the PVA aqueous solution can permeate the surface portion of the FT4 gel and a boundary layer in which a part of the CD gel permeates the surface layer of the FT4 gel can be formed. .
On the other hand, since the thickness of the hybrid gel does not change even after the infiltration treatment for more than 5 days, in this test example, the infiltration of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel peaked out in about 5 days. It is thought that.

《ハイブリッドゲル(S1)〜(S5)の重量膨潤比と厚さ膨潤比》
上記と同様の方法によって、乾燥した積層フィルム(s1)〜(s5)を得た。これらの各乾燥フィルムの厚みtをノギスで測定した。その後、超純水で平衡膨潤させたハイブリッドゲル(S1)〜(S5)から、10mm四方の試験片を切り出した。各試験片の厚みtをノギスで測定し、各試験片の重量Wを電子天秤で測定した。
また、各試験片を60℃で3日間乾燥させた乾燥体(乾燥フィルム)を得た。各乾燥体の重量Wを電子天秤で測定した。
<< Weight Swell Ratio and Thickness Swell Ratio of Hybrid Gels (S1) to (S5) >>
Dry laminated films (s1) to (s5) were obtained by the same method as above. These thickness t f of the dried film was measured with calipers. Thereafter, a 10 mm square test piece was cut out from the hybrid gels (S1) to (S5) which were equilibrium-swelled with ultrapure water. The thickness t g of each specimen was measured with calipers, and the weight W t of each specimen was measured by an electronic balance.
Moreover, the dry body (dry film) which dried each test piece at 60 degreeC for 3 days was obtained. The weight W d of each dried body was measured by an electronic balance.

測定した各ハイブリッドゲルについて、重量Wを重量Wで割った重量膨潤比(W/W)を求めた。この結果を図12において白丸(○)のプロットで示す。
測定した各ハイブリッドゲルについて、厚みtを厚みtで割った重量膨潤比(t/t)を求めた。この結果を図12において黒丸(●)のプロットで示す。
なお、図12において、横軸は上記の浸透処理の日数t(day)を示し、縦軸は重量膨潤比又は厚さ膨潤比を示す。
For each measured hybrid gel, the weight swelling ratio (W t / W d ) obtained by dividing the weight W t by the weight W d was determined. The result is shown by a white circle (◯) plot in FIG.
About each measured hybrid gel, the weight swelling ratio ( tg / tf) which divided | segmented thickness tg by thickness tf was calculated | required. The result is shown by a black circle (●) plot in FIG.
In FIG. 12, the horizontal axis indicates the number of days t (day) of the permeation treatment, and the vertical axis indicates the weight swelling ratio or the thickness swelling ratio.

図12の結果から、浸透処理の時間の増加とともに、前記PVA水溶液のFT4ゲル内への浸透量が増加し、CDゲルとFT4ゲルの境界層で網目密度及び結晶化度が増加するため、ハイブリッドゲルの厚さが減少し、さらにハイブリッドゲルの強度が増加していると考えられる。   From the results of FIG. 12, as the penetration time increases, the amount of penetration of the PVA aqueous solution into the FT4 gel increases, and the network density and crystallinity increase at the boundary layer between the CD gel and the FT4 gel. It is believed that the gel thickness has decreased and the hybrid gel strength has increased.

《CDゲル、FTゲル、ハイブリッドゲルにおける動摩擦係数と摩耗率との関係》
前記比較用のCDゲルと、前記比較用のFT4ゲルと、前記ハイブリッドゲル(Q1)及び(Q2)並びにハイブリッドゲル(S1)〜(S4)について、前述の方法によって動摩擦係数μ及び摩耗率eを測定した。この測定結果を図13に示す。図13において、横軸は動摩擦係数μを示し、縦軸は摩耗率eを示す。
各ゲルについて、前記ステンレス製の球状プローブを用いた場合の測定値を、図13において白丸(○)のプロットで示す。また、前記セラミック製の球状プローブを用いた場合の測定値を、図13において黒丸(●)のプロットで示す。
<< Relationship between dynamic friction coefficient and wear rate in CD gel, FT gel, and hybrid gel >>
With respect to the comparative CD gel, the comparative FT4 gel, the hybrid gels (Q1) and (Q2), and the hybrid gels (S1) to (S4), the dynamic friction coefficient μ k and the wear rate e by the above-described method. w was measured. The measurement results are shown in FIG. 13, the horizontal axis represents the dynamic friction coefficient mu k, and the vertical axis shows the wear rate e w.
About each gel, the measured value at the time of using the said stainless steel spherical probe is shown by the white circle ((circle)) plot in FIG. In addition, the measured values when the ceramic spherical probe is used are shown by black circles (●) in FIG.

図13において、個々のプロットとゲルの種類との対応関係は敢えて示していない。また、同じ種類のゲルについて複数回測定して得られた結果も含むため、プロットの数と測定したゲルの種類の数は一致していない。
図13から理解されることは、CDゲル、FTゲル及びハイブリッドゲルは、ゲルの種類に関わらず、動摩擦係数μが小さいゲルは、その摩耗率eも小さい、ということである。
In FIG. 13, the correspondence between individual plots and gel types is not shown. Moreover, since the result obtained by measuring several times about the same kind of gel is also included, the number of plots and the number of types of the measured gel do not match.
It can be understood from FIG. 13 that the CD gel, the FT gel, and the hybrid gel have a small wear coefficient e w of a gel having a small dynamic friction coefficient μ k regardless of the type of the gel.

<<ハイブリッドゲルを構成するFTゲルの凍結解凍サイクルの回数と物性の関係>> << Relationship between the number of freeze-thaw cycles and physical properties of FT gel constituting the hybrid gel >>

<ハイブリッドゲルの作製(5)>
FT1ゲル〜FT8ゲルの上に1層のキャストドライゲル(CDゲル)を積層したハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)を以下の様に作製した。
<Preparation of hybrid gel (5)>
Hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) in which one layer of cast dry gel (CD gel) was laminated on FT1 gel to FT8 gel were prepared as follows.

前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT1ゲルを準備した。このFT1ゲルの表面の上に前記PVA水溶液15gをキャストし、8℃で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT1ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(1FT)を得た。 A wet FT1 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above, except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g. On the surface of this FT1 gel, 15 g of the PVA aqueous solution was cast, and dried naturally at 8 ° C. until the mass became constant, thereby obtaining a dried laminated film. Subsequently, this laminated film was immersed in ultrapure water and swollen to obtain a hybrid gel (1 FT ) in which one layer of CD gel was laminated on the surface of the FT1 gel.

ハイブリッドゲル(2FT)を作製する場合は、FT1ゲルの代わりにFT2ゲルを用いること以外は、ハイブリッドゲル(1FT)を作製する方法と同じ方法によって、FT2ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(2FT)を得た。 When preparing a hybrid gel (2 FT ), a single layer of CD gel is formed on the surface of the FT2 gel by the same method as the method of preparing the hybrid gel (1 FT ) except that FT2 gel is used instead of FT1 gel. A hybrid gel (2 FT ) obtained by laminating was obtained.

同様の方法で、FT1ゲルの代わりにFT3〜FT8ゲルを用いることによって、FT3〜FT8の表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(3FT)〜ハイブリッドゲル(8FT)をそれぞれ得た。 By using FT3 to FT8 gel instead of FT1 gel in the same manner, hybrid gel (3 FT ) to hybrid gel (8 FT ) in which one layer of CD gel is laminated on the surface of FT3 to FT8, respectively Obtained.

作製した各ハイブリッドゲル(1FT)〜ハイブリッドゲル(8FT)において、FTゲルを構成するPVAの重量及びCDゲルを構成するPVAの重量は、各ハイブリッドゲル間でほぼ同じになるように作製した。 In each of the prepared hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ), the weight of the PVA constituting the FT gel and the weight of the PVA constituting the CD gel were prepared so as to be substantially the same between the hybrid gels. .

《ハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)の摩擦特性》
上記の様に作製したハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)を超純水で平衡膨潤させて、その摩擦特性を評価した。具体的には、後述する方法により、各ハイブリッドゲルの最表面を構成するCDゲルに球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重300gf(2.94N)又は600gf(5.88N)を印加しながら繰り返し擦ることにより、動摩擦係数μを測定して、各ハイブリッドゲルを構成するFTゲルの凍結及び解凍サイクルの回数(NFT)に対する依存性を調べた。その結果を図14に示す。
<< Friction characteristics of hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) >>
The hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) prepared as described above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and their friction characteristics were evaluated. Specifically, a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm) is applied to the CD gel constituting the outermost surface of each hybrid gel by a method described later, and a vertical load of 300 gf (2.94 N) or 600 gf (5. The friction coefficient μ k was measured by repeatedly rubbing while applying 88 N), and the dependence of the FT gel constituting each hybrid gel on the number of freezing and thawing cycles (N FT ) was examined. The result is shown in FIG.

図14において、「0FT」は、前記比較用のCDゲルの作製と同じ方法によって得た、8℃の乾燥処理後に超純水で平衡膨潤して得た比較用のCDゲルである。また、図14において、白丸(○)のプロットは垂直荷重300gf(2.94N)の結果を示し、黒丸(●)のプロットは垂直荷重600gf(5.88N)の結果を示す。 In FIG. 14, “0 FT ” is a comparative CD gel obtained by the same method as the preparation of the comparative CD gel and obtained by equilibrium swelling with ultrapure water after drying at 8 ° C. Further, in FIG. 14, the white circle (◯) plot shows the result of the vertical load 300 gf (2.94 N), and the black circle (●) plot shows the result of the vertical load 600 gf (5.88 N).

図14に示すように、前記回数が1〜4回までは、回数が増えるとともに動摩擦係数μは低下し、前記回数が4〜8回の場合はほぼ同等の動摩擦係数μであった。この結果から、摩擦特性は、ハイブリッドゲル(4FT)〜(8FT)の方が、ハイブリッドゲル(1FT)〜(3FT)よりも優れていることが分かった。
上記結果から、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、動摩擦係数が低い材料が求められる用途には、ハイブリッドゲル(2FT)〜(8FT)が好適であり、ハイブリッドゲル(3FT)〜(8FT)がより好適であり、ハイブリッドゲル(4FT)〜(8FT)がさらに好適であるといえる。
As shown in FIG. 14, until the number of times to 4 times, the dynamic friction coefficient mu k decreases as the number increases, the number was almost equal coefficient of dynamic friction mu k For 4-8 times. From this result, it was found that the frictional properties of the hybrid gels (4 FT ) to (8 FT ) are superior to the hybrid gels (1 FT ) to (3 FT ).
From the above results, hybrid gels (2 FT ) to (8 FT ) are suitable for applications requiring a material having a low dynamic friction coefficient, such as a substitute material for cartilage of an artificial joint, and hybrid gels (3 FT ) to ( 8FT ) is more suitable, and it can be said that hybrid gels ( 4FT ) to ( 8FT ) are more suitable.

《ハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)の摩耗特性》
上記の様に作製したハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)を超純水で平衡膨潤させて、その摩耗特性を評価した。具体的には、後述する方法により、各ハイブリッドゲルの最表面を構成するCDゲルに球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重300gf(2.94N)又は600gf(5.88N)を掛けながら繰り返し擦ることにより、摩擦率eを測定して、各ハイブリッドゲルを構成するFTゲルの凍結及び解凍サイクルの回数(NFT)に対する依存性を調べた。その結果を図15に示す。
<< Abrasion characteristics of hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) >>
The hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) produced as described above were subjected to equilibrium swelling with ultrapure water, and their wear characteristics were evaluated. Specifically, a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm) is applied to the CD gel constituting the outermost surface of each hybrid gel by a method described later, and a vertical load of 300 gf (2.94 N) or 600 gf (5. by rubbing repeatedly while applying 88N), to measure the friction factor e w, it was investigated the dependence on freezing and the number of thaw cycles FT gel constituting each hybrid gel (N FT). The result is shown in FIG.

図15において、「0FT」は、前記比較用のCDゲルの作製と同じ方法によって得た、8℃の乾燥処理後に超純水で平衡膨潤して得た比較用のCDゲルである。また、図15において、白丸(○)のプロットは垂直荷重300gf(2.94N)の結果を示し、黒丸(●)のプロットは垂直荷重600gf(5.88N)の結果を示す。 In FIG. 15, “0 FT ” is a comparative CD gel obtained by the same method as the preparation of the comparative CD gel and obtained by equilibrium swelling with ultrapure water after drying at 8 ° C. Further, in FIG. 15, the white circle (◯) plot shows the result of the vertical load 300 gf (2.94 N), and the black circle (●) plot shows the result of the vertical load 600 gf (5.88 N).

図15に示すように、前記回数が1〜4回までは、回数が増えるとともに摩擦率eは低下し、前記回数が4〜8回の場合はほぼ同等の摩擦率eであった。これらの結果から、摩耗特性は、ハイブリッドゲル(4FT)〜(8FT)の方が、ハイブリッドゲル(1FT)〜(3FT)よりも優れていることが分かった。
上記結果から、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、摩耗率が低い材料が求められる用途には、ハイブリッドゲル(2FT)〜(8FT)が好適であり、ハイブリッドゲル(3FT)〜(8FT)がより好適であり、ハイブリッドゲル(4FT)〜(8FT)がさらに好適であるといえる。
As shown in FIG. 15, until the number of 1 to 4 times, the number of friction ratio e w decreases with increases, the number was almost the same coefficient of friction e w For 4-8 times. From these results, it was found that the wear characteristics of the hybrid gels (4 FT ) to (8 FT ) were superior to the hybrid gels (1 FT ) to (3 FT ).
From the above results, hybrid gels (2 FT ) to (8 FT ) are suitable for applications where a material with a low wear rate is required, such as a substitute material for artificial joint cartilage, and hybrid gels (3 FT ) to ( 8FT ) is more suitable, and it can be said that hybrid gels ( 4FT ) to ( 8FT ) are more suitable.

《ハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)の重量膨潤比》
各ハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)の膨潤特性を調べるため、重量膨潤比を測定した。超純水で平衡膨潤させた各ハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)から、10mm四方の試験片を切り出した。この試験片の表面に付着した水分をペーパータオルで拭き取り、平衡膨潤重量Wを測定した。次に、各ハイブリッドゲル(1FT)〜(8FT)を60℃で3日間乾燥させた乾燥体を得て、その重量(乾燥重量)Wを測定した。
測定した平衡膨潤重量Wを乾燥重量Wで割り、重量膨潤比(W/W)を算出した。
その結果、図16に示すように、前記回数が1〜4回までは、回数が増えるとともに重量膨潤比は低下し、前記回数が4〜8回の場合はほぼ同等の重量膨潤比であった。
<< Weight swelling ratio of hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) >>
In order to examine the swelling characteristics of each of the hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ), the weight swelling ratio was measured. A 10 mm square test piece was cut out from each of the hybrid gels (1 FT ) to (8 FT ) equilibrated and swollen with ultrapure water. Wipe off water attached to the surface of the specimen with a paper towel was measured equilibrium swelling weight W t. Next, a dried product obtained by drying each hybrid gel (1 FT ) to (8 FT ) at 60 ° C. for 3 days was obtained, and its weight (dry weight) W d was measured.
The measured equilibrium swelling weight W t was divided by the dry weight W d to calculate the weight swelling ratio (W t / W d ).
As a result, as shown in FIG. 16, the number of times increased up to 1-4 times and the weight swelling ratio decreased as the number of times increased, and when the number of times was 4-8 times, the weight swelling ratio was almost equivalent. .

図16において、「0FT」は、前記比較用のCDゲルの作製と同じ方法によって得た、8℃の乾燥処理後に超純水で平衡膨潤して得た比較用のCDゲルである。 In FIG. 16, “0 FT ” is a comparative CD gel obtained by equilibrium swelling with ultrapure water after drying at 8 ° C., obtained by the same method as the preparation of the comparative CD gel.

<<ハイブリッドゲルを構成する「FTゲルとCDゲルの厚み比」と物性の関係(1)>> << Relationship between “FT gel and CD gel thickness ratio” constituting the hybrid gel and physical properties (1) >>

<ハイブリッドゲルの作製(6)>
FT4ゲルの上に1層のキャストドライゲル(CDゲル)を積層したハイブリッドゲル(P0)〜(P6)を以下の様に作製した。
<Preparation of hybrid gel (6)>
Hybrid gels (P0) to (P6) in which one layer of cast dry gel (CD gel) was laminated on FT4 gel were prepared as follows.

各ハイブリッドゲル(P0)〜(P6)の相違点は、FT4ゲルを作製する際の前記PVA水溶液の重量と、CDゲルを作製する際の前記PVA水溶液の重量との割合と、が異なる点である。よって、ハイブリッドゲル(P0)から(P6)の順に、FT4ゲルの厚みは増加し、CDゲルの厚みは減少する。
下記表に、各ハイブリッドゲル(P0)〜(P6)のFT4ゲル及びCDゲルを作製する際の前記PVA水溶液の重量を示す。
The difference between the hybrid gels (P0) to (P6) is that the ratio of the weight of the PVA aqueous solution when preparing the FT4 gel and the weight of the PVA aqueous solution when preparing the CD gel is different. is there. Therefore, the thickness of the FT4 gel increases and the thickness of the CD gel decreases in the order of the hybrid gels (P0) to (P6).
The following table shows the weight of the PVA aqueous solution when preparing the FT4 gel and CD gel of each of the hybrid gels (P0) to (P6).

上記表から理解されるように、ハイブリッドゲル(P0)はFT4ゲルを有さない、CDゲルである。また、ハイブリッドゲル(P6)はCDゲルを有さない、FT4ゲルである。ここでは便宜のために、CDゲルをハイブリッドゲル(P0)と呼び、FT4ゲルをハイブリッドゲル(P6)と呼ぶ。   As understood from the above table, the hybrid gel (P0) is a CD gel without an FT4 gel. Moreover, a hybrid gel (P6) is FT4 gel which does not have CD gel. Here, for convenience, the CD gel is referred to as a hybrid gel (P0), and the FT4 gel is referred to as a hybrid gel (P6).

ハイブリッドゲル(P0)、すなわちCDゲル、を作製する場合は、内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに30gのPVA水溶液を流し込み、室温(約20〜30℃)で質量一定となるまで乾燥し、PVAからなるキャストフィルムを得た。このキャストフィルムを超純水中に24時間浸漬し、平衡膨潤させたCDゲル(厚み:約1.2mm)を、ハイブリッドゲル(P0)として得た。   When producing a hybrid gel (P0), that is, a CD gel, a 30 g PVA aqueous solution is poured into a petri dish made of polyethylene (PE) having an inner diameter of 85 mm, and dried until the mass becomes constant at room temperature (about 20 to 30 ° C.). A cast film made of PVA was obtained. This cast film was immersed in ultrapure water for 24 hours to obtain an equilibrium swollen CD gel (thickness: about 1.2 mm) as a hybrid gel (P0).

ハイブリッドゲル(P1)〜(P5)を作製する場合は、まず、以下の方法で各FTゲルを得た。
(1)内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに前記表に記載の重量のPVA水溶液を流し込み、密閉した。
(2)シャーレを冷凍庫へ投入して−20℃で8時間凍結し、4℃で16時間解凍するサイクルを4回繰り返した。
(3)(2)で得た湿潤状態のFT4ゲルの表面の上に、前記表に記載の重量の前記PVA水溶液をキャストし、室温(約20〜30℃)で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、平衡膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(P1)〜(P5)を得た。
When preparing the hybrid gels (P1) to (P5), first, each FT gel was obtained by the following method.
(1) A PVA aqueous solution having the weight shown in the above table was poured into a petri dish made of polyethylene (PE) having an inner diameter of 85 mm and sealed.
(2) The petri dish was charged into a freezer, frozen at −20 ° C. for 8 hours, and thawed at 4 ° C. for 16 hours. The cycle was repeated 4 times.
(3) On the surface of the wet FT4 gel obtained in (2), cast the PVA aqueous solution having the weight described in the above table until the mass becomes constant at room temperature (about 20 to 30 ° C.). By drying, a dried laminated film was obtained. Subsequently, the laminated film was immersed in ultrapure water and subjected to equilibrium swelling to obtain hybrid gels (P1) to (P5) in which one layer of CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel.

ハイブリッドゲル(P6)、すなわちFT4ゲル、を作製する場合は、内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに30gのPVA水溶液を流し込み、密閉し、シャーレを冷凍庫へ投入して−20℃で8時間凍結し、4℃で16時間解凍するサイクルを4回繰り返した。その後、得られた湿潤状態のFT4ゲルを超純水中に浸漬して、平衡膨潤させたFT4ゲル(厚み:約2mm)を、ハイブリッドゲル(P6)として得た。   When preparing a hybrid gel (P6), that is, FT4 gel, pour 30 g of PVA aqueous solution into a polyethylene (PE) petri dish with an inner diameter of 85 mm, seal it, put the petri dish into a freezer and freeze at −20 ° C. for 8 hours. The cycle of thawing at 4 ° C. for 16 hours was repeated four times. Thereafter, the obtained wet FT4 gel was immersed in ultrapure water to obtain an equilibrium swollen FT4 gel (thickness: about 2 mm) as a hybrid gel (P6).

《ハイブリッドゲル(P0)〜(P5)の引張り強度》
上記の様に作製したハイブリッドゲル(P0)〜(P5)を超純水で平衡膨潤させて、その引張り強度を評価した。具体的には、後述する方法により、破断応力(Breaking Stress)(単位:MPa)と破断歪み(Breaking Strain)を測定して、各ハイブリッドゲルを構成するFT4ゲル作製時に使用した前記PVA水溶液の重量Wに対する依存性を調べた。
その結果、図17に示すように、重量Wが0〜10gの範囲においては、重量Wが増加する程(FT4ゲル/CDゲルの重量比が増加する程)、破断応力が減少した。重量Wが10〜25gの範囲においては、重量Wが増加しても、破断応力はほぼ一定であった。一方、図18に示すように、重量Wが増加する程(FT4ゲル/CDゲルの重量比が増加する程)、破断歪みが低下した。重量Wが15gを超えると、破断歪みの低下が顕著となった。
<< Tensile strength of hybrid gels (P0) to (P5) >>
The hybrid gels (P0) to (P5) produced as described above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and the tensile strength was evaluated. Specifically, the weight of the PVA aqueous solution used in the preparation of the FT4 gel constituting each hybrid gel was measured by measuring the breaking stress (MPa) and breaking strain by the method described later. The dependence on W was examined.
As a result, as shown in FIG. 17, when the weight W was in the range of 0 to 10 g, the breaking stress decreased as the weight W increased (as the weight ratio of FT4 gel / CD gel increased). When the weight W was in the range of 10 to 25 g, the breaking stress was almost constant even when the weight W increased. On the other hand, as shown in FIG. 18, the breaking strain decreased as the weight W increased (the weight ratio of FT4 gel / CD gel increased). When the weight W exceeded 15 g, the decrease in breaking strain became significant.

《ハイブリッドゲル(P0)〜(P5)の弾性係数》
上記の様に作製したハイブリッドゲル(P0)〜(P5)を超純水で平衡膨潤させて、その弾性係数を評価した。弾性係数は、上記の通り測定した破断応力を横軸に、破断歪みを縦軸に取って得られる応力−歪み曲線の低歪みの部分の傾き(直線部分)の勾配として求められる。この弾性係数に基づいて、各ハイブリッドゲルを構成するFT4ゲル作製時に使用した前記PVA水溶液の重量Wに対する依存性を調べた。
その結果、図19に示すように、重量Wが増加するにつれて(FT4ゲル/CDゲルの重量比が増加するにつれて)、弾性係数(単位:MPa)が減少した。
<< Elastic modulus of hybrid gels (P0) to (P5) >>
The hybrid gels (P0) to (P5) produced as described above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and the elastic modulus was evaluated. The elastic modulus is obtained as the slope of the low strain portion (straight portion) of the stress-strain curve obtained by taking the breaking stress measured as described above on the horizontal axis and the breaking strain on the vertical axis. Based on this elastic modulus, the dependence on the weight W of the PVA aqueous solution used when preparing the FT4 gel constituting each hybrid gel was examined.
As a result, as shown in FIG. 19, the elastic modulus (unit: MPa) decreased as the weight W increased (as the weight ratio of FT4 gel / CD gel increased).

<<ハイブリッドゲルを構成する「FTゲルとCDゲルの厚み比」と物性の関係(2)>> << "Thickness ratio of FT gel and CD gel" constituting hybrid gel and physical properties (2) >>

<ハイブリッドゲルの作製(7)>
FT4ゲルの上に1層のキャストドライゲル(CDゲル)を積層したハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)を以下の様に作製した。
<Preparation of hybrid gel (7)>
Hybrid gels (Y1) to (Y4) in which one layer of cast dry gel (CD gel) was laminated on FT4 gel were prepared as follows.

各ハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)の相違点は、一定量(一定の厚み)のFT4ゲルの上に積層する、CDゲルを作製する際の前記PVA水溶液の重量が異なる点である。
よって、ハイブリッドゲル(Y1)から(Y4)の順に、CDゲルの厚み及びハイブリッドゲルの厚みが増加する。
下記表に、各ハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)のFT4ゲル及びCDゲルを作製する際の前記PVA水溶液の重量を示す。
The difference between the hybrid gels (Y1) to (Y4) is that the weight of the PVA aqueous solution is different when the CD gel is laminated on a certain amount (constant thickness) of the FT4 gel.
Therefore, the thickness of the CD gel and the thickness of the hybrid gel increase in the order of the hybrid gel (Y1) to (Y4).
The following table shows the weight of the aqueous PVA solution when producing the FT4 gel and CD gel of each of the hybrid gels (Y1) to (Y4).

ハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)を作製する場合は、まず、以下の方法で各FTゲルを得た。
(1)内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレに前記表に記載の重量(15g)のPVA水溶液を流し込み、密閉した。
(2)シャーレを冷凍庫へ投入して−20℃で8時間凍結し、4℃で16時間解凍するサイクルを4回繰り返した。
(3)(2)で得た湿潤状態のFT4ゲルの表面の上に、前記表に記載の重量の前記PVA水溶液をキャストし、室温(約20〜30℃)で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、平衡膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)を得た。
When producing the hybrid gels (Y1) to (Y4), first, each FT gel was obtained by the following method.
(1) A PVA aqueous solution having the weight (15 g) described in the above table was poured into a polyethylene (PE) petri dish having an inner diameter of 85 mm and sealed.
(2) The petri dish was charged into a freezer, frozen at −20 ° C. for 8 hours, and thawed at 4 ° C. for 16 hours. The cycle was repeated 4 times.
(3) On the surface of the wet FT4 gel obtained in (2), cast the PVA aqueous solution having the weight described in the above table until the mass becomes constant at room temperature (about 20 to 30 ° C.). By drying, a dried laminated film was obtained. Subsequently, the laminated film was immersed in ultrapure water and subjected to equilibrium swelling to obtain hybrid gels (Y1) to (Y4) in which one layer of CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel.

《ハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)の摩擦特性》
上記の様に作製したハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)を超純水で平衡膨潤させて、その摩擦特性を評価した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(1)により、各ハイブリッドゲルの最表面を構成するCDゲルに球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重100gf(0.98N)、300gf(2.94N)、又は600gf(5.88N)、を掛けながら繰り返し擦ることにより、動摩擦係数μを測定して、各ハイブリッドゲルを構成するCDゲル作製時に使用した前記PVA水溶液の重量W(即ち、FT4ゲルの上にキャストした前記PVA水溶液の重量W)に対する依存性を調べた。
<< Friction Characteristics of Hybrid Gels (Y1) to (Y4) >>
The hybrid gels (Y1) to (Y4) produced as described above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and the friction characteristics thereof were evaluated. Specifically, a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm) is applied to a CD gel constituting the outermost surface of each hybrid gel by a friction test method (1) described later, and a vertical load of 100 gf (0.98 N) is applied. ), 300 gf (2.94 N), or 600 gf (5.88 N), while repeatedly rubbing, the dynamic friction coefficient μ k is measured, and the PVA aqueous solution used in the preparation of the CD gel constituting each hybrid gel The dependence on the weight W s (that is, the weight W s of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel) was examined.

まず、測定した動摩擦係数μとプローブの往復回数(Reciprocating number)の関係を示す摩擦曲線を図20と図21に示す。
図20及び図21において、「5g」のラベルを付した摩擦曲線は、ハイブリッドゲル(Y1)の摩擦曲線であり、「10g」、「15g」、「30g」のラベルを付した摩擦曲線は、それぞれハイブリッドゲル(Y2)、(Y3)、(Y4)の摩擦曲線である。
図20においては、各ハイブリッドゲルについて、異なる垂直荷重(100gf(0.98N)、300gf(2.94N)、600gf(5.88N))を掛けた場合の摩擦曲線を重ねて示してある。
図21においては、垂直荷重600gf(5.88N)を掛けた場合の各ハイブリッドゲルの摩擦曲線を重ねて示してある。
First, FIGS. 20 and 21 show friction curves showing the relationship between the measured dynamic friction coefficient μ k and the reciprocating number of the probe.
20 and 21, the friction curve labeled “5 g” is the friction curve of the hybrid gel (Y1), and the friction curves labeled “10 g”, “15 g”, “30 g” are It is a friction curve of hybrid gel (Y2), (Y3), and (Y4), respectively.
In FIG. 20, the friction curves when different vertical loads (100 gf (0.98 N), 300 gf (2.94 N), and 600 gf (5.88 N)) are applied to each hybrid gel are shown in an overlapping manner.
In FIG. 21, the friction curve of each hybrid gel when a vertical load of 600 gf (5.88 N) is applied is superimposed.

つぎに、上記の摩擦曲線を解析した結果、図22に示すように、重量Wが5〜15gの範囲においては、重量Wが増加してFT4ゲルに対するCDゲルの重量比が増加する程、動摩擦係数μは低くなる傾向があった。一方、重量Wが15〜30gの範囲においては、重量Wが増加してFT4ゲルに対するCDゲルの重量比が増加しても、動摩擦係数μはほぼ同等であった。
これらの結果を、垂直荷重600gf(5.88N)の場合について、図23に白丸(○)のプロットで示す。
Next, as a result of analyzing the above friction curve, as shown in FIG. 22, when the weight W s is in the range of 5 to 15 g, the weight W s increases and the weight ratio of the CD gel to the FT4 gel increases. The dynamic friction coefficient μ k tended to be low. On the other hand, when the weight W s was in the range of 15 to 30 g, the dynamic friction coefficient μ k was almost the same even when the weight W s increased and the weight ratio of the CD gel to the FT4 gel increased.
These results are shown by a white circle (◯) plot in FIG. 23 for a vertical load of 600 gf (5.88 N).

以上の結果から、摩擦特性は、ハイブリッドゲル(Y2)、(Y3)、(Y4)の方が、(Y1)よりも優れていることが分かった。
さらに、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、動摩擦係数が低い材料が求められる用途には、ハイブリッドゲル(Y2)〜(Y4)が好適であり、ハイブリッドゲル(Y3)〜(Y4)がより好適であるといえる。
From the above results, it was found that the friction properties of the hybrid gels (Y2), (Y3), and (Y4) are superior to those of (Y1).
Furthermore, hybrid gels (Y2) to (Y4) are preferable and hybrid gels (Y3) to (Y4) are more suitable for applications where a material with a low dynamic friction coefficient is required, such as a substitute material for artificial joint cartilage. It can be said that it is preferable.

《ハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)の摩耗特性》
上記の様に作製したハイブリッドゲル(Y1)〜(Y4)を超純水で平衡膨潤させて、その摩耗特性を評価した。具体的には、後述する方法により、各ハイブリッドゲルの最表面を構成するCDゲルに球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を当てて、垂直荷重100gf(0.98N)、300gf(2.94N)、又は600gf(5.88N)、を掛けながら繰り返し擦ることにより、摩擦率eを測定して、各ハイブリッドゲルを構成するCDゲル作製時に使用した前記PVA水溶液の重量W(即ち、FT4ゲルの上にキャストした前記PVA水溶液の重量W)に対する依存性を調べた。
<< Abrasion characteristics of hybrid gels (Y1) to (Y4) >>
The hybrid gels (Y1) to (Y4) produced as described above were equilibrated and swollen with ultrapure water, and their wear characteristics were evaluated. Specifically, a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm) is applied to the CD gel constituting the outermost surface of each hybrid gel by a method described later, and vertical loads of 100 gf (0.98 N) and 300 gf (2. 94N), or 600 gf (5.88 N), by rubbing repeatedly while applying, to measure the friction factor e w, the weight W s of the PVA aqueous solution used during the production CD gel constituting each hybrid gel (i.e., The dependence of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel on the weight W s ) was examined.

その結果、図24に示すように、重量Wが5〜15gの範囲においては、重量Wが増加してFT4ゲルに対するCDゲルの重量比が増加する程、摩擦率eは低くなる傾向があった。一方、重量Wが15〜30gの範囲においては、重量Wが増加してFT4ゲルに対するCDゲルの重量比が増加しても、摩擦率eはほぼ同等であった。
これらの結果を、垂直荷重600gfの場合について、図23に黒丸(●)のプロットで示す。
Trend As a result, as shown in FIG. 24, in a range weight W s is 5 to 15 g, the higher the weight ratio of CD gel for FT4 gel increases the weight W s is increased, the friction factor e w is low was there. On the other hand, the weight W s is in the range of 15 to 30 g, even increased the weight ratio of CD gel for FT4 gel increases the weight W s, the friction factor e w are almost the same.
These results are shown by black circles (●) in FIG. 23 for a vertical load of 600 gf.

以上の結果から、摩耗特性は、ハイブリッドゲル(Y2)、(Y3)、(Y4)の方が、(Y1)よりも優れていることが分かった。
さらに、人工関節の軟骨の代替材料の用途など、動摩擦係数が低い材料が求められる用途には、ハイブリッドゲル(Y2)〜(Y4)が好適であり、ハイブリッドゲル(Y3)〜(Y4)がより好適であるといえる。
From the above results, it was found that the wear characteristics of the hybrid gels (Y2), (Y3), and (Y4) were superior to (Y1).
Furthermore, hybrid gels (Y2) to (Y4) are preferable and hybrid gels (Y3) to (Y4) are more suitable for applications where a material with a low dynamic friction coefficient is required, such as a substitute material for artificial joint cartilage. It can be said that it is preferable.

<<ハイブリッドゲル作製時の、FTゲルを支持体上に拘束した状態におけるCDゲルの形成>> << Formation of CD gel in a state where FT gel is constrained on a support in producing hybrid gel >>

<ハイブリッドゲルの作製(8)>
前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
内径85mmのポリエチレン(PE)製シャーレの表面に15wt%PVA水溶液を塗布し、FT4ゲルとシャーレ面を接着した。この接着によって、後で行う乾燥工程においてFT4ゲルが面内方向で収縮することを抑制した。
次に、シャーレ上に接着固定した上記FT4ゲルの上に、前記PVA水溶液15gをキャストし、8℃で質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(W1)(厚み:約2.3〜2.7mm)を形成した。得られたハイブリッドゲル(W1)を固定に用いたシャーレから取り外し、以下の評価に使用した。
なお、ハイブリッドゲル(W1)を作製するために使用した前記PVA水溶液は合計30gである。
<Preparation of hybrid gel (8)>
A wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
A 15 wt% PVA aqueous solution was applied to the surface of a polyethylene (PE) petri dish having an inner diameter of 85 mm, and the FT4 gel and the petri dish surface were adhered. This adhesion prevented the FT4 gel from shrinking in the in-plane direction in the subsequent drying step.
Next, 15 g of the PVA aqueous solution was cast on the FT4 gel adhered and fixed on a petri dish, and dried naturally at 8 ° C. until the mass became constant, thereby obtaining a dried laminated film. Subsequently, this laminated film is immersed in ultrapure water and swollen so that a single layer of CD gel is laminated on the surface of the FT4 gel (W1) (thickness: about 2.3 to 2). 0.7 mm). The obtained hybrid gel (W1) was removed from the petri dish used for fixation and used for the following evaluation.
In addition, the said PVA aqueous solution used in order to produce a hybrid gel (W1) is 30g in total.

《摩擦特性の比較》
上記で得たハイブリッドゲル(W1)とハイブリッドゲル(Q2)をそれぞれ超純水で平衡膨潤させて、超純水中における摩擦特性を比較した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(1)により、各ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面に球状のプローブを当てて、600gf(5.88N)の垂直荷重を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の動摩擦係数μを測定した。なお、本試験においてはアルミナ骨頭、φ=26mmを使用した。
《Comparison of friction characteristics》
The hybrid gel (W1) and the hybrid gel (Q2) obtained above were each subjected to equilibrium swelling with ultrapure water, and the friction characteristics in ultrapure water were compared. Specifically, by the friction test method (1) described later, a spherical probe is applied to the surface of the CD gel constituting each hybrid gel and repeatedly rubbed while applying a vertical load of 600 gf (5.88 N). The dynamic friction coefficient μ k of each sample was measured. In this test, an alumina bone head, φ = 26 mm was used.

その結果、図26に示すように、「固着なし」のラベルで示したハイブリッドゲル(Q2)よりも、「固着あり」のラベルで示したハイブリッドゲル(W1)の動摩擦係数μの方が低く且つ安定していた。
図26において、下の横軸はプローブの往復回数(Reciprocating number)を示し、上の横軸はすべり距離(Sliding Distance(m))を示し、縦軸は動摩擦係数μを示す。
As a result, as shown in FIG. 26, than the hybrid gel (Q2) as shown by the label "no sticking", towards the dynamic friction coefficient mu k hybrid gel (W1) shown in the label "with sticking" low And it was stable.
In Figure 26, the horizontal axis below shows the number of reciprocations of the probe (Reciprocating number The), shows a horizontal axis sliding distance of the upper (Sliding Distance (m)), the vertical axis represents the dynamic friction coefficient mu k.

以上の結果から、FT4ゲル上にキャストしたPVA水溶液を乾燥してCDゲルを形成する際に、FT4ゲルを支持体上に拘束した状態で上記乾燥を行うことによって、動摩擦係数が更に低くなったハイブリッドゲルが得られることが理解される。   From the above results, when the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel was dried to form a CD gel, the dynamic friction coefficient was further reduced by performing the above-mentioned drying in a state where the FT4 gel was constrained on the support. It is understood that a hybrid gel is obtained.

<<ハイブリッドゲル作製時のCDゲルを形成する乾燥工程における湿度制御>> << Humidity control in drying process for forming CD gel during hybrid gel production >>

<ハイブリッドゲルの作製(9)>
内寸59.5mm×28.5mmのスチロールケースにPVA水溶液を流し込んだこと、前記PVA水溶液の使用量を5gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
平均孔径60μmの多孔質のアルミナ板の表面に、前記PVA水溶液3gを塗布し、減圧下で2分間静置することにより、前記PVA水溶液の一部をアルミナ板の表面の多孔質内に浸透させた。
次に、その塗布面に上記FT4ゲルを置いて、更に当該FT4ゲルの上に、前記PVA水溶液3gをキャストし、湿度制御機能付きの恒温室内に静置して、8℃、相対湿度80%rhの雰囲気下において質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、アルミナ板の表面に固着した、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、このアルミナ板を超純水中に浸漬して、表面に固着した積層フィルムを膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(Z1)(厚み:約1.7〜2.3mm)を形成した。得られたハイブリッドゲル(Z1)はアルミナ板の表面に固定された状態を保った。
<Preparation of hybrid gel (9)>
Except that the PVA aqueous solution was poured into a styrene case having an inner size of 59.5 mm × 28.5 mm, and the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 5 g, the wet state was obtained by the same method as the FT gel preparation method described above. FT4 gel was prepared.
By applying 3 g of the PVA aqueous solution to the surface of a porous alumina plate having an average pore diameter of 60 μm and allowing to stand for 2 minutes under reduced pressure, a part of the PVA aqueous solution penetrates into the porous surface of the alumina plate. It was.
Next, the FT4 gel is placed on the coated surface, and further 3 g of the PVA aqueous solution is cast on the FT4 gel, and left in a temperature-controlled room with a humidity control function, at 8 ° C. and a relative humidity of 80%. By drying naturally until the mass became constant under an atmosphere of rh, a dried laminated film adhered to the surface of the alumina plate was obtained. Subsequently, the alumina plate is immersed in ultrapure water to swell the laminated film fixed to the surface, thereby swelling the hybrid gel (Z1) (thickness) in which one CD gel is laminated on the surface of the FT4 gel. : About 1.7 to 2.3 mm). The obtained hybrid gel (Z1) was kept fixed on the surface of the alumina plate.

平均孔径100μmの多孔質のアルミナ板を使用した以外は、上述のハイブリッドゲル(Z1)の作製方法と同様の方法で、アルミナ板の表面に固定されたFT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(Z2)(厚み:約1.7〜2.3mm)を作製した。   A single layer of CD gel is formed on the surface of the FT4 gel fixed to the surface of the alumina plate in the same manner as the above-described method for producing the hybrid gel (Z1) except that a porous alumina plate having an average pore diameter of 100 μm is used. A laminated hybrid gel (Z2) (thickness: about 1.7 to 2.3 mm) was produced.

下記(a)及び(b)以外は、上述のハイブリッドゲル(Z1)の作製方法と同様の方法で、アルミナ板の表面に固定された、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(Z3)(厚み:約1.7〜2.3mm)を作製した。
(a)平均孔径180μmの多孔質のアルミナ板を使用した。
(b)FT4ゲルの上にキャストしたPVA水溶液の乾燥を、湿度管理がなされていない8℃の冷蔵庫内において質量一定になるまで自然に乾燥させた。
Except for the following (a) and (b), a single layer of CD gel is laminated on the surface of the FT4 gel fixed to the surface of the alumina plate in the same manner as the method for producing the hybrid gel (Z1) described above. The resulting hybrid gel (Z3) (thickness: about 1.7 to 2.3 mm) was produced.
(A) A porous alumina plate having an average pore diameter of 180 μm was used.
(B) The PVA aqueous solution cast on the FT4 gel was naturally dried until the mass became constant in an 8 ° C. refrigerator where humidity control was not performed.

《摩擦特性の比較》
上記で得た、アルミナ板に支持されたハイブリッドゲル(Z1)、(Z2)及び(Z3)をそれぞれ超純水で平衡膨潤させて、超純水中における摩擦特性を比較した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(1)により、各ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面に球状のプローブを当てて、600gf(5.88N)の垂直荷重を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の動摩擦係数μを測定した。なお、本試験においてはアルミナ骨頭、φ=26mmを使用した。
《Comparison of friction characteristics》
The hybrid gels (Z1), (Z2), and (Z3) supported on the alumina plate obtained above were each swelled in equilibrium with ultrapure water, and the friction characteristics in ultrapure water were compared. Specifically, by the friction test method (1) described later, a spherical probe is applied to the surface of the CD gel constituting each hybrid gel and repeatedly rubbed while applying a vertical load of 600 gf (5.88 N). The dynamic friction coefficient μ k of each sample was measured. In this test, an alumina bone head, φ = 26 mm was used.

その結果、図27に示すように、「AL180-Hyb-8℃(冷蔵庫乾燥)」のラベルで示したハイブリッドゲル(Z3)よりも、「AL60-Hyb-8℃80%」のラベルで示したハイブリッドゲル(Z1)及び「AL100-Hyb-8℃80%」のラベルで示したハイブリッドゲル(Z2)の動摩擦係数μの方が低く且つ安定していた。
図27において、横軸はプローブの往復回数(Reciprocating number)を示し、縦軸は動摩擦係数μを示す。
As a result, as shown in FIG. 27, the label “AL60-Hyb-8 ° C. 80%” was shown rather than the hybrid gel (Z3) indicated by the label “AL180-Hyb-8 ° C. (refrigeration drying)”. The dynamic friction coefficient μ k of the hybrid gel (Z1) and the hybrid gel (Z2) indicated by the label “AL100-Hyb-8 ° C. 80%” was lower and more stable.
27, the horizontal axis represents the number of reciprocations of the probe (Reciprocating number The), the vertical axis represents the dynamic friction coefficient mu k.

以上の結果から、FT4ゲル上にキャストしたPVA水溶液を乾燥してCDゲルを形成する際に、温度及び相対湿度を制御した雰囲気下で上記乾燥を行うことによって、動摩擦係数が更に低くなったハイブリッドゲルが得られることが理解される。   From the above results, when the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel is dried to form a CD gel, the above-mentioned drying is performed in an atmosphere in which the temperature and relative humidity are controlled, so that the dynamic friction coefficient is further reduced. It is understood that a gel is obtained.

<ハイブリッドゲルの作製(10)>
平均孔径20μmの多孔質アルミナ板を使用して、上述のハイブリッドゲル(Z1)の作製方法と同様の方法で、アルミナ板の表面に固定されたFT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなる、ハイブリッドゲル(Z4)(厚み:約1.7〜2.3mm)を作製した。
<Preparation of hybrid gel (10)>
Using a porous alumina plate having an average pore diameter of 20 μm, a single layer of CD gel is laminated on the surface of the FT4 gel fixed to the surface of the alumina plate in the same manner as the above-described method for producing the hybrid gel (Z1). A hybrid gel (Z4) (thickness: about 1.7 to 2.3 mm) was prepared.

《支持体に対する結合力の評価》
上記のハイブリッドゲル(Z1)、(Z2)及び(Z4)について、各ハイブリッドゲルを支持体のアルミナ板から剥離したときの剥離力を測定することにより、各ハイブリッドゲルのアルミナ板に対する結合力を評価した。
剥離力の測定(剥離試験)は、万能試験機(Instron5965、Instron製)を用い、速度1.0mm/秒、剥離角90°で行った。
<Evaluation of bonding strength to support>
For the above hybrid gels (Z1), (Z2) and (Z4), the bonding force of each hybrid gel to the alumina plate is evaluated by measuring the peeling force when each hybrid gel is peeled from the alumina plate of the support. did.
The peel force was measured (peel test) using a universal testing machine (Instron 5965, manufactured by Instron) at a speed of 1.0 mm / second and a peel angle of 90 °.

その結果、図28に示すように、「20μm」、「60μm」、「100μm」の各ラベルで示したハイブリッドゲル(Z4)、(Z1)、(Z2)の順に、剥離力、すなわちアルミナ板に対する結合力が大きくなっていた。また、結果は図示しないが、上記の各ハイブリッドゲルについて摩擦特性を測定したところ、アルミナ板の平均孔径が大きく、アルミナ板に対するハイブリッドゲルの結合力が大きい程、動摩擦係数が小さい、という傾向が観察された。
図28において、横軸は剥離距離(Peel Distance(mm))を示し、縦軸は剥離力(Peel Force(N/m))を示す。
As a result, as shown in FIG. 28, in the order of the hybrid gels (Z4), (Z1), and (Z2) indicated by the labels “20 μm”, “60 μm”, and “100 μm”, the peeling force, that is, the alumina plate The bond strength was increasing. Although the results are not shown, the friction characteristics of each of the above hybrid gels were measured. As a result, it was observed that the average pore diameter of the alumina plate was larger, and the greater the binding force of the hybrid gel to the alumina plate, the smaller the dynamic friction coefficient. It was done.
In FIG. 28, the horizontal axis indicates the peel distance (Peel Distance (mm)), and the vertical axis indicates the peel force (Peel Force (N / m)).

<ハイブリッドゲルの作製(11)>
前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの上に前記PVA水溶液15gをキャストし、湿度制御機能付きの恒温室内に静置して、8℃、相対湿度50%rhの雰囲気下において質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(J1)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (11)>
A wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
By casting 15 g of the PVA aqueous solution on the FT4 gel, leaving it in a temperature-controlled room with a humidity control function, and naturally drying it until the mass becomes constant in an atmosphere of 8 ° C. and a relative humidity of 50% rh. A dried laminated film was obtained. Subsequently, the laminated film was immersed in ultrapure water and swollen to obtain a hybrid gel (J1) (thickness: about 2 mm) in which one layer of CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel. .

<ハイブリッドゲルの作製(12)>
FT4ゲルの上にキャストした前記PVA水溶液の乾燥条件を、8℃、相対湿度60%rhの雰囲気下に変更した以外は、ハイブリッドゲル(J1)と同様の方法により、ハイブリッドゲル(J2)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (12)>
The hybrid gel (J2) (thickness) was obtained in the same manner as the hybrid gel (J1) except that the drying conditions of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel were changed to an atmosphere of 8 ° C. and a relative humidity of 60% rh. : About 2 mm).

<ハイブリッドゲルの作製(13)>
FT4ゲルの上にキャストした前記PVA水溶液の乾燥条件を、8℃、相対湿度80%rhの雰囲気下に変更した以外は、ハイブリッドゲル(J1)と同様の方法により、ハイブリッドゲル(J3)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (13)>
The hybrid gel (J3) (thickness) was obtained in the same manner as the hybrid gel (J1) except that the drying conditions of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel were changed to an atmosphere of 8 ° C. and a relative humidity of 80% rh. : About 2 mm).

《摩擦特性の比較》
上記で得た、支持体を有さないハイブリッドゲル(J1)、(J2)及び(J3)をそれぞれ超純水で平衡膨潤させて、生理食塩水中における摩擦特性を比較した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(2)により、各ハイブリッドゲルを楕円状のプローブに設置して、生理食塩水中で平板状のガラス板に当てて、300gf(2.94N)の垂直荷重を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の動摩擦係数μを測定した。
《Comparison of friction characteristics》
The hybrid gels (J1), (J2), and (J3) obtained as described above, which had no support, were each swelled in equilibrium with ultrapure water, and the friction characteristics in physiological saline were compared. Specifically, according to the friction test method (2) described later, each hybrid gel is placed on an elliptical probe and applied to a flat glass plate in physiological saline, and 300 gf (2.94 N) vertical. The dynamic friction coefficient μ k of each sample was measured by repeatedly rubbing while applying a load.

その結果、図29に示すように、「Hybrid FT4-CD8℃50%rh」、「Hybrid FT4-CD8℃60%rh」、「Hybrid FT4-CD8℃80%rh」の各ラベルで示した、ハイブリッドゲル(J1)、(J2)、(J3)の順で、動摩擦係数が低く且つ安定していた。
図29において、横軸はプローブのすべり距離(Sliding distance[m])を示し、縦軸は動摩擦係数μ(friction coefficient)を示す。
As a result, as shown in FIG. 29, the hybrid indicated by each label of “Hybrid FT4-CD8 ° C. 50% rh”, “Hybrid FT4-CD8 ° C. 60% rh”, “Hybrid FT4-CD8 ° C. 80% rh” The dynamic friction coefficient was low and stable in the order of gels (J1), (J2), and (J3).
In FIG. 29, the horizontal axis indicates the sliding distance (Sliding distance [m]) of the probe, and the vertical axis indicates the dynamic friction coefficient μ k (friction coefficient).

以上の結果から、FT4ゲル上にキャストしたPVA水溶液を乾燥してCDゲルを形成する際に、温度及び相対湿度を制御した雰囲気下で上記乾燥を行うことによって、動摩擦係数が更に低くなったハイブリッドゲルが得られることが理解される。   From the above results, when the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel is dried to form a CD gel, the above-mentioned drying is performed in an atmosphere in which the temperature and relative humidity are controlled, so that the dynamic friction coefficient is further reduced. It is understood that a gel is obtained.

<ハイブリッドゲルの作製(14)>
前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの上に前記PVA水溶液15gをキャストし、湿度制御機能付きの恒温室内に静置して、乾燥工程の初期条件を15℃、相対湿度80%rhの雰囲気に設定し、その初期条件で3日間乾燥した後、乾燥を継続しながら1日毎に相対湿度を10%rh低下させて、5日間をかけて、乾燥工程の後期条件として15℃、相対湿度30%rhの雰囲気に到達させて、上記後期条件において質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(K1)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (14)>
A wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
Cast 15 g of the PVA aqueous solution on the FT4 gel, and leave it in a temperature-controlled room with a humidity control function, and set the initial conditions of the drying process to an atmosphere of 15 ° C. and a relative humidity of 80% rh. After drying for 3 days, reduce the relative humidity by 10% rh every day while continuing to dry, and take 5 days to reach an atmosphere of 15 ° C. and a relative humidity of 30% rh as the latter condition of the drying process. Thus, a dried laminated film was obtained by naturally drying until the mass became constant under the latter conditions. Subsequently, the laminated film was immersed in ultrapure water and swollen to obtain a hybrid gel (K1) (thickness: about 2 mm) in which one layer of CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel. .

<ハイブリッドゲルの作製(15)>
FT4ゲルの上にキャストした前記PVA水溶液の乾燥条件を、15℃、相対湿度30%rhの雰囲気下(上記後期条件)の一定条件で乾燥処理を行った以外は、ハイブリッドゲル(K1)と同様の方法により、ハイブリッドゲル(K2)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (15)>
The drying conditions of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel were the same as those of the hybrid gel (K1) except that the drying conditions were performed under a constant condition of 15 ° C. and a relative humidity of 30% rh (the latter conditions). By this method, a hybrid gel (K2) (thickness: about 2 mm) was obtained.

<ハイブリッドゲルの作製(16)>
前記PVA水溶液の使用量を15gに代えて用いたこと以外は、上述したFTゲル作製方法と同じ方法によって、湿潤状態のFT4ゲルを準備した。
このFT4ゲルの上に前記PVA水溶液15gをキャストし、湿度制御機能付きの恒温室内に静置して、乾燥工程の初期条件を8℃、相対湿度50%rhの雰囲気に設定し、その初期条件で7日間乾燥した後、乾燥工程の後期条件として20℃、相対湿度40%rhの雰囲気に切り換えて、上記後期条件において質量一定になるまで自然に乾燥させることによって、乾燥した積層フィルムを得た。続いて、この積層フィルムを超純水中に浸漬して、膨潤させることにより、FT4ゲルの表面に1層のCDゲルが積層されてなるハイブリッドゲル(K3)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (16)>
A wet FT4 gel was prepared by the same method as the FT gel preparation method described above except that the amount of the PVA aqueous solution used was changed to 15 g.
15 g of the PVA aqueous solution is cast on this FT4 gel, left in a temperature-controlled room with a humidity control function, and the initial conditions of the drying process are set to an atmosphere of 8 ° C. and a relative humidity of 50% rh. After drying for 7 days, it was switched to an atmosphere of 20 ° C. and a relative humidity of 40% rh as the latter condition of the drying process, and dried naturally until the mass became constant in the latter condition, thereby obtaining a dried laminated film. . Subsequently, the laminated film was immersed in ultrapure water and swollen to obtain a hybrid gel (K3) (thickness: about 2 mm) in which one layer of CD gel was laminated on the surface of the FT4 gel. .

<ハイブリッドゲルの作製(17)>
FT4ゲルの上にキャストした前記PVA水溶液の乾燥条件を、8℃、相対湿度50%rhの雰囲気下(上記初期条件)の一律条件において質量一定になるまで乾燥処理を行った以外は、ハイブリッドゲル(K3)と同様の方法により、ハイブリッドゲル(K4)(厚み:約2mm)を得た。
<Preparation of hybrid gel (17)>
Hybrid gel, except that the drying conditions of the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel were dried until the mass was constant under a uniform condition in an atmosphere of 8 ° C. and a relative humidity of 50% rh (the above initial conditions). Hybrid gel (K4) (thickness: about 2 mm) was obtained by the same method as (K3).

《摩擦特性の比較》
上記で得た、支持体を有さないハイブリッドゲル(K1)、(K2)、(K3)及び(K4)をそれぞれ超純水で平衡膨潤させて、生理食塩水中における摩擦特性を比較した。具体的には、後述する摩擦試験の方法(2)により、各ハイブリッドゲルを楕円状のプローブに設置して、生理食塩水中で平板状のガラス板に当てて、300gf(2.94N)の垂直荷重を掛けながら繰り返し擦ることにより、各試料の動摩擦係数μを測定した。
《Comparison of friction characteristics》
The hybrid gels (K1), (K2), (K3), and (K4) obtained as described above, which were not supported, were each allowed to equilibrately swell with ultrapure water, and the friction characteristics in physiological saline were compared. Specifically, according to the friction test method (2) described later, each hybrid gel is placed on an elliptical probe and applied to a flat glass plate in physiological saline, and 300 gf (2.94 N) vertical. The dynamic friction coefficient μ k of each sample was measured by repeatedly rubbing while applying a load.

その結果、図30に示すように、ハイブリッドゲル(K1)と(K2)を比較すると、ハイブリッドゲル(K1)の方が、動摩擦係数が低く且つ安定していた。また、ハイブリッドゲル(K3)と(K4)を比較すると、ハイブリッドゲル(K3)の方が、動摩擦係数が低く且つ安定していた。
図30において、横軸はプローブのすべり距離(Sliding distance[m])を示し、縦軸は動摩擦係数μ(friction coefficient)を示す。
As a result, as shown in FIG. 30, when the hybrid gels (K1) and (K2) were compared, the hybrid gel (K1) had a lower dynamic friction coefficient and was more stable. Further, when the hybrid gels (K3) and (K4) were compared, the hybrid gel (K3) had a lower dynamic friction coefficient and was more stable.
In FIG. 30, the horizontal axis indicates the sliding distance (Sliding distance [m]) of the probe, and the vertical axis indicates the dynamic friction coefficient μ k (friction coefficient).

以上の結果から、FT4ゲル上にキャストしたPVA水溶液を乾燥してCDゲルを形成する際に、温度及び相対湿度を制御した雰囲気下で、乾燥工程の初期においては、比較的乾燥速度が緩やかな雰囲気で乾燥し、乾燥工程の後期においては、比較的乾燥速度が促進される雰囲気で乾燥を行うことによって、動摩擦係数が更に低くなったハイブリッドゲルが得られることが理解される。   From the above results, when the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel is dried to form a CD gel, the drying rate is relatively slow in the initial stage of the drying process in an atmosphere in which the temperature and relative humidity are controlled. It is understood that a hybrid gel having a further reduced dynamic friction coefficient can be obtained by drying in an atmosphere and drying in an atmosphere where the drying speed is relatively accelerated in the later stage of the drying process.

《摩耗特性の比較》
上記の摩擦特性の試験を行った後のハイブリッドゲル(K1)、(K3)及び(K4)の摩擦部位について光学顕微鏡で検査し、表面の摩耗状態を評価した。
その結果、図31(a),(b)に示すように、ハイブリッドゲル(K1)の摩擦部位の表面には、軽微な切削痕が観察された程度であり、表面のゲル構造は殆ど損傷していなかった。また、図32(a),(b)に示すように、ハイブリッドゲル(K3)の摩擦部位の表面には、摩擦試験前に存在していた皺の様な表面構造が摩擦試験後においても維持されており、表面のゲル構造は殆ど損傷していなかった。一方、図33(a),(b)に示すように、ハイブリッドゲル(K4)の表面には、摩擦試験前に存在していた皺の様な表面構造が摩擦試験後においては失われており、表面のゲル構造の一部が擦り減ったことが確認された。
<Comparison of wear characteristics>
The friction portions of the hybrid gels (K1), (K3), and (K4) after the above-described friction property test was examined with an optical microscope to evaluate the surface wear state.
As a result, as shown in FIGS. 31 (a) and 31 (b), slight cutting marks were observed on the surface of the friction part of the hybrid gel (K1), and the gel structure on the surface was almost damaged. It wasn't. Further, as shown in FIGS. 32 (a) and 32 (b), the surface structure of the wrinkles that existed before the friction test is maintained on the surface of the friction portion of the hybrid gel (K3) even after the friction test. The surface gel structure was hardly damaged. On the other hand, as shown in FIGS. 33 (a) and 33 (b), the surface structure of the wrinkles that existed before the friction test was lost on the surface of the hybrid gel (K4) after the friction test. It was confirmed that a part of the surface gel structure was worn away.

以上の結果から、FT4ゲル上にキャストしたPVA水溶液を乾燥してCDゲルを形成する際に、温度及び相対湿度を制御した雰囲気下で、乾燥工程の初期においては、比較的乾燥速度が緩やかな雰囲気で乾燥し、乾燥工程の後期においては、比較的乾燥速度が促進される雰囲気で乾燥を行うことによって、CDゲル表面の耐摩耗性が一層優れたハイブリッドゲルが得られることが理解される。   From the above results, when the PVA aqueous solution cast on the FT4 gel is dried to form a CD gel, the drying rate is relatively slow in the initial stage of the drying process in an atmosphere in which the temperature and relative humidity are controlled. It is understood that a hybrid gel having a further excellent abrasion resistance on the surface of the CD gel can be obtained by drying in an atmosphere and then drying in an atmosphere where the drying speed is relatively accelerated in the latter stage of the drying process.

<<各試験方法の詳細>> << Details of each test method >>

《摩擦試験の方法(1)》
球状のプローブ(セラミック骨頭、φ=26mm)を用いて、ボールオンプレート(Ball-on-Plate)の繰り返し摩擦試験を行った。試験機はTRIBOGEAR TYPE38特(HEIDON社製)を使用し、以下の手順で行った。
(1)試験対象のゲルから、縦10mm、横45mm、所定の厚みの短冊状(板状)の試験片をそれぞれ切り出した。
(2)PE製プラスチックケース内の底面に、アロンアルファ(登録商標)を用いて試験片を接着した後、超純水をケース内に注いだ。この際、超純水の重量はゲル重量の50倍とした。
(3)PEプラスチックケースをステージに固定し、試験片にプローブを接触させた状態で、所定の垂直荷重をかけながら往復運動させることにより試験した。
(4)プローブの往復回数と動摩擦係数μとの関係を摩擦曲線として求めた。
<Method of friction test (1)>
A ball-on-plate repeated friction test was performed using a spherical probe (ceramic head, φ = 26 mm). The test machine used TRIBOGEAR TYPE38 special (made by HEIDON), and performed it in the following procedures.
(1) A strip-shaped (plate-shaped) test piece having a length of 10 mm, a width of 45 mm, and a predetermined thickness was cut out from the test target gel.
(2) After adhering the test piece to the bottom surface in the PE plastic case using Aron Alpha (registered trademark), ultrapure water was poured into the case. At this time, the weight of ultrapure water was 50 times the gel weight.
(3) The PE plastic case was fixed to the stage, and the test was performed by reciprocating while applying a predetermined vertical load while the probe was in contact with the test piece.
(4) The relationship between the number of probe reciprocations and the dynamic friction coefficient μ k was determined as a friction curve.

具体的な試験条件は、次の通りである。
・すべり速度:20mm/秒
・往復動ストローク:25mm
・往復回数:2000回(すべり距離:100m)
・垂直荷重:0.98N(100gf)、2.94N(300gf)、5.88N(600gf)
・潤滑液:超純水
なお、ここで球状のプローブをストローク25mmで往復動させるので、2000回の往復動(Reciprocating Number of Cycle)は、プローブのすべり距離(Sliding Distance)の100mに相当する。従って、図2、図7A、図7B、図20、図21、図27の上側の横軸に、往復動回数に相当するすべり距離を記載した。
Specific test conditions are as follows.
・ Sliding speed: 20 mm / second ・ Reciprocating stroke: 25 mm
・ Number of reciprocations: 2000 times (sliding distance: 100m)
Vertical load: 0.98N (100gf), 2.94N (300gf), 5.88N (600gf)
-Lubricating liquid: Ultrapure water Since the spherical probe is reciprocated at a stroke of 25 mm, 2000 reciprocating movements (Reciprocating Number of Cycle) correspond to 100 m of the sliding distance of the probe. Accordingly, the sliding distance corresponding to the number of reciprocating movements is shown on the upper horizontal axis in FIG. 2, FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 20, FIG.

《摩擦試験の方法(2)》
試験対象のハイブリッドゲルから所定形状の試験片を切り出して、市販の接着剤を介して、断面が長径/短径=45mm/25mmの楕円状プローブの曲面に沿って固定した。この際、前記試験片のFTゲル側を接着し、CDゲル側を露出させた状態にした(図34参照)。
上記楕円状のプローブに固定されたハイブリッドゲルを生理食塩水に浸漬し、当該ハイブリッドゲルを構成するCDゲルの表面を、生理食塩水中に水平配置したガラス板上に接触させた状態で、所定の垂直荷重をかけながら往復運動させることによって、ボールオンプレート(Ball-on-Plate)の繰り返し摩擦試験を行った。この試験により、プローブの摩擦距離(Sliding distance(m))と 摩擦係数(friction coefficient)との関係を摩擦曲線として求めた。
<Method of friction test (2)>
A test piece of a predetermined shape was cut out from the hybrid gel to be tested, and fixed along a curved surface of an elliptical probe having a cross section of major axis / minor axis = 45 mm / 25 mm via a commercially available adhesive. At this time, the FT gel side of the test piece was adhered, and the CD gel side was exposed (see FIG. 34).
The hybrid gel fixed to the elliptical probe is immersed in physiological saline, and the surface of the CD gel constituting the hybrid gel is brought into contact with a glass plate horizontally disposed in the physiological saline. A ball-on-plate repeated friction test was performed by reciprocating with a vertical load. Through this test, the relationship between the friction distance (Sliding distance (m)) of the probe and the friction coefficient was determined as a friction curve.

具体的な試験条件は、次の通りである。
・すべり速度:20mm/秒
・往復動ストローク:35mm
・すべり距離:140m
・垂直荷重:2.94N(300gf)
・潤滑液:生理食塩水
Specific test conditions are as follows.
・ Sliding speed: 20 mm / second ・ Reciprocating stroke: 35 mm
・ Slip distance: 140m
・ Vertical load: 2.94N (300gf)
・ Lubricant: Saline

《摩耗試験の方法》
摩耗試験は、前述の摩擦試験と同時並行で行った。
まず、試験対象のゲルを室温で質量一定になるまで自然に乾燥した時の重量(W)を求めた。その後、超純水で平衡膨潤させた試験対象のゲルを用いて、上述の摩擦試験を行った。所定の往復回数を経て摩擦試験を終えた後、前記プラスチックケース内の超純水中に溶出したPVAポリマーの重量(W)を前記重量(W)で割り算して、摩耗率e=W/W×100(%)を算出した。
ただし、摩擦(摩耗)によって溶出したPVAポリマーの重量(W)は、前記摩擦試験を行わずに、同じ浸漬条件で試験対象のゲルを超純水に浸漬しただけの状態で溶出したPVAポリマーの重量をリファレンス(参照値)として差し引いた重量である。これにより、重量(W)を正確に求めることができる。
<Method of wear test>
The abrasion test was performed in parallel with the friction test described above.
First, the weight (W d ) when the gel to be tested was naturally dried until the mass became constant at room temperature was determined. Thereafter, the above-described friction test was performed using the gel to be tested which was equilibrium-swelled with ultrapure water. After finishing the friction test after a predetermined number of reciprocations, the weight (W e ) of the PVA polymer eluted in the ultrapure water in the plastic case is divided by the weight (W d ), and the wear rate e w = W e / W d × 100 (%) was calculated.
However, the weight (W e ) of the PVA polymer eluted by friction (abrasion) is the same as that of the PVA polymer eluted without immersing the test object gel in ultrapure water under the same immersion conditions without conducting the friction test. It is the weight which deducted the weight of as a reference (reference value). Thereby, the weight (W e ) can be accurately obtained.

前記超純水中に溶出したPVAポリマーの重量(W)は、全有機体炭素分析装置(島津製作所製、型番:TOC−VCSN)を用いて測定した。 The weight (W e ) of the PVA polymer eluted in the ultrapure water was measured using a total organic carbon analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: TOC-V CSN ).

《圧縮試験の方法》
圧縮試験機TA.XT plus(Stable Micro Systems Ltd.製)を用いて、以下の手順で繰り返し圧縮試験を行った。
(1)超純水で平衡膨潤させた各ゲルから四角形の試験片を切り出し、ノギスでその両辺の長さを測った後、繰り返し圧縮試験を行った。
(2a)試験片よりも面積が広い平板状プローブを押し当て、室温大気中にて、圧縮速度0.01mm/秒で、歪ε=30%まで試験片を圧縮した。この際、歪ε=30%まで試験片を圧縮し、同じ速度でリリースして、ゼロに戻ったらまた同じように歪ε=30%まで試験片を圧縮するという操作を繰り返した。この結果から、30%圧縮応力σ30(単位:MPa)を得た。
(2b)試験片よりも面積が広い平板状プローブを押し当て、室温大気中にて、圧縮速度0.01mm/秒で、歪ε=50%まで試験片を圧縮した。この際、歪ε=50%まで試験片を圧縮し、同じ速度でリリースして、ゼロに戻ったらまた同じように歪ε=50%まで試験片を圧縮するという操作を繰り返した。この結果から、50%圧縮応力σ50(単位:MPa)を得た。
<Method of compression test>
Compression tester TA. Using XT plus (manufactured by Stable Micro Systems Ltd.), a compression test was repeatedly performed according to the following procedure.
(1) A square test piece was cut out from each gel balanced and swollen with ultrapure water, and after measuring the lengths of both sides with a caliper, repeated compression tests were performed.
(2a) A flat probe having a larger area than the test piece was pressed, and the test piece was compressed to a strain ε = 30% at a compression speed of 0.01 mm / sec in the air at room temperature. At this time, the test piece was compressed to a strain ε = 30%, released at the same speed, and once returned to zero, the operation of compressing the test piece to the strain ε = 30% was repeated in the same manner. From this result, 30% compression stress σ 30 (unit: MPa) was obtained.
(2b) A flat probe having a larger area than that of the test piece was pressed, and the test piece was compressed to a strain ε = 50% at a compression speed of 0.01 mm / second in the air at room temperature. At this time, the test piece was compressed to a strain ε = 50%, released at the same speed, and after returning to zero, the operation of compressing the test piece to the strain ε = 50% was repeated in the same manner. From this result, 50% compressive stress σ 50 (unit: MPa) was obtained.

《引張り試験の方法》
下記の手順により、作製したハイブリッドゲルの各試料の引張強度を測定した。
(1)JIS−6251−8規格に準拠したダンベルカッター(図25参照)を用いて、超純水で平衡膨潤させた各試料から切り出した試験片を準備した。
(2)食紅を使用して試験片に標点を2つ付け、ノギスでその標点間距離を測定した。
(3)マイクロメータを使用して、試験片の幅と厚みを測定した。
(4)引張試験機に試験片をセットして、室温の超純水中に試験片を浸した平衡膨潤状態において、画像データを取得しながら試験した。使用した引張試験機は、リン青銅製板ばね(長さ145mm、幅20mm、厚さ2mm)、ステッピングモーター(オリエンタルモーター社製、型番:EZ−300)、歪ゲージ(共和電業社製、型番:KFG−2−120−C116L1M2R)を備えている。
(5)画像データに基づいて、標点間距離の変化を測定した。
(6)得られたデータから、破断応力(Breaking Stress)及び破断歪み(Breaking Strain)を求めた。
<Method of tensile test>
The tensile strength of each sample of the prepared hybrid gel was measured by the following procedure.
(1) Using a dumbbell cutter (see FIG. 25) based on the JIS-6251-8 standard, a test piece cut out from each sample that was balanced and swollen with ultrapure water was prepared.
(2) Two test marks were attached to the test piece using food red, and the distance between the test marks was measured with a caliper.
(3) The width and thickness of the test piece were measured using a micrometer.
(4) A test piece was set on a tensile tester and tested in an equilibrium swelling state where the test piece was immersed in ultrapure water at room temperature while acquiring image data. The tensile tester used was a phosphor bronze leaf spring (length: 145 mm, width: 20 mm, thickness: 2 mm), stepping motor (made by Oriental Motor, model number: EZ-300), strain gauge (made by Kyowa Denki Co., model number: KFG) -2-120-C116L1M2R).
(5) Based on the image data, the change in distance between the gauge points was measured.
(6) From the obtained data, the breaking stress (Breaking Stress) and the breaking strain (Breaking Strain) were obtained.

以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。   The configurations and combinations thereof in the embodiments described above are examples, and the addition, omission, replacement, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention.

Claims (13)

第一のPVA水溶液を凍結及び解凍することにより得られた凍結解凍ゲルの表面に、第二のPVA水溶液をキャストして乾燥した後、水で膨潤することによって、
前記凍結解凍ゲルの表面にキャストドライゲルが積層されてなるハイブリッドゲルを得ることを特徴とするハイブリッドゲルの製造方法。
By casting and drying the second PVA aqueous solution on the surface of the freeze-thawed gel obtained by freezing and thawing the first PVA aqueous solution,
A method for producing a hybrid gel, comprising obtaining a hybrid gel in which a cast dry gel is laminated on the surface of the freeze-thaw gel.
前記第一のPVA水溶液の凍結及び解凍を複数回繰り返して凍結解凍ゲルを形成することを特徴とする請求項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to claim 1 , wherein the first PVA aqueous solution is frozen and thawed a plurality of times to form a freeze-thawed gel. 前記キャストした第二のPVA水溶液を、前記凍結解凍ゲルの表面から表層部分に浸透させる処理を行うことを特徴とする請求項又はに記載のハイブリッドゲルの製造方法。 Method for producing a hybrid gel of claim 1 or 2, characterized in that the processing of the second aqueous PVA solution described above cast, to penetrate the surface layer portion from the surface of the freeze-thaw gel. 前記凍結解凍ゲルとして、前記第一のPVA水溶液を凍結及び解凍した後で、乾燥し、さらに水で膨潤することによって得られたゲルを用いることを特徴とする請求項の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 As the freeze-thaw gel, after freezing and thawing the first PVA aqueous solution, dried, claims 1 to any one of 3, further characterized by using the obtained gel by swelling with water The method for producing a hybrid gel according to item. 前記凍結解凍ゲルを水中に浸漬して、前記凍結解凍ゲルから未架橋のPVAポリマーを溶出させる処理を行うことを特徴とする請求項の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to any one of claims 1 to 4 , wherein the freeze-thawed gel is immersed in water, and a process of eluting uncrosslinked PVA polymer from the frozen-thawed gel is performed. . 前記第二のPVA水溶液をキャストした後に行う乾燥の温度が、4〜12℃であることを特徴とする請求項の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to any one of claims 1 to 5 , wherein a drying temperature after casting the second aqueous PVA solution is 4 to 12 ° C. 前記凍結解凍ゲルを支持体上に拘束した状態で、前記キャストした第二のPVA水溶液の乾燥を行うことを特徴とする請求項の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to any one of claims 1 to 6 , wherein the cast second PVA aqueous solution is dried in a state where the freeze-thawed gel is constrained on a support. 前記支持体として少なくとも表面が多孔質である支持体を使用し、前記表面に第三のPVA水溶液を塗布した後、その塗布面に前記凍結解凍ゲルを接触させて、前記第三のPVA水溶液を乾燥することによって、前記支持体の表面に前記凍結解凍ゲルを接着することを特徴とする請求項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 A support having at least a porous surface is used as the support. After the third PVA aqueous solution is applied to the surface, the freeze-thawed gel is brought into contact with the application surface to obtain the third PVA aqueous solution. The method for producing a hybrid gel according to claim 7 , wherein the freeze-thawed gel is adhered to the surface of the support by drying. 前記支持体が、金属、金属酸化物、ガラス、セラミックス、及びカルシウム含有材からなる群から選ばれる一つ以上の材料を含むことを特徴とする請求項又はに記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to claim 7 or 8 , wherein the support includes one or more materials selected from the group consisting of metals, metal oxides, glass, ceramics, and calcium-containing materials. . 前記多孔質の平均空孔径が0.1μm〜600μmであることを特徴とする請求項又はに記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to claim 8 or 9 , wherein the porous average pore diameter is 0.1 µm to 600 µm. 前記第二のPVA水溶液の乾燥と、前記第三のPVA水溶液の乾燥とを同時に行うことを特徴とする請求項10の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to any one of claims 8 to 10 , wherein the drying of the second PVA aqueous solution and the drying of the third PVA aqueous solution are performed simultaneously. 前記キャストした第二のPVA水溶液を、相対湿度30〜90%rhの雰囲気において、乾燥することを特徴とする請求項11の何れか一項に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to any one of claims 1 to 11 , wherein the cast second PVA aqueous solution is dried in an atmosphere having a relative humidity of 30 to 90% rh. 前記乾燥の期間中、前記雰囲気の相対湿度を段階的に変化させることを特徴とする請求項12に記載のハイブリッドゲルの製造方法。 The method for producing a hybrid gel according to claim 12 , wherein the relative humidity of the atmosphere is changed stepwise during the drying period.
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