3分岐構造で従来の30倍の耐久性

ゲルは、ひも状の高分子鎖の間に橋を架ける架橋反応で作製される。2本の高分子鎖を架橋すると、4方向に枝分かれした分岐点ができるのが一般的だが、3分岐構造に簡素化すると、最大30倍伸ばしても破断しない強靭性を獲得した。通常の4分岐ゲルは理論限界の30パーセントで破断するが、3分岐ゲルは90パーセント近くまで伸びる。また、何度も繰り返し負荷を加えても常に一定の強靭性を示す「ロバスト強靭性」を有するという特徴も判明している。

ナノスケールの結晶化に由来する強靭性

3分岐ゲルの高い強靭性は、伸張誘起結晶化に由来する。伸張誘起結晶化は、強く引き伸ばされた高分子の紐が互いに寄り合うことで、ナノスケールの微結晶を形成する現象。力が集中して強く伸ばされた部位が結晶化によって硬化し、補強されるために破断が抑制される。

「ロバスト強靭性」を生かした生体への応用可能性

腱や靱帯など常に衝撃が加わる軟部組織は、修復機能が乏しいため、バイオマテリアルによる補助が必要とされてきた。しかし、これまで補助に使われてきた人口腱、靭帯などは材料において生体との親和性などに難があった。一方で、ソフトコンタクトレンズなどに使われているゲルは、三次元の網目状分子が水を保持してできた物質であり、生体親和性が高いものの、強度が不足するという欠点も指摘されてきた。対して、この3分岐構造のゲルでは、何度も繰り返し負荷を加えても一定の強靭性を示す「ロバスト強靭性」が確認されており、こうした不足を補えると期待される。