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筋トレで強くなるゲル素材の現象をMITが発見。1000回伸縮で強さ4.3倍

時代は筋肉

Munenori Taniguchi, @mu_taniguchi
2019年4月23日, 午後06:00 in Medicine
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人の筋肉は強く、柔らかく、水分を多く含み、疲労に強いという特徴を備えます。そしてMITによる新たな研究は、この筋肉によく似た特性を合成ハイドロゲル素材で再現する方法を発見しました。

研究者は、ゲル素材を水中で機械的に繰り返し伸縮させることで、柔軟性を得るとともに破損や疲労に対する抵抗性を備えるようになったと発表しました。わかりやすく言えばあたかも筋肉のように、筋トレによって強靱になったということです。

このゲル素材はポリビニルアルコールハイドロゲル(PVA-H))と呼ばれるもので、PVAの重合度、けん化度、濃度といったパラメーターによってその力学的強度を様々に変化させることができます。また水を浸潤した状態は生体に近く、血管モデルや口腔モデルなどに使われたり、医療用インプラントなどに利用されています。MITの研究者は、PVA-Hについて「人体組織のほとんどは約70パーセントの水分を含むため、体内インプラント用の素材も多くの場合で水分含有量が多いことが望ましい」と述べています。

実験では"筋トレ"をさせる前の素材中の繊維質はランダムな配向状態でした。しかし、いざ伸縮運動をさせ始めると、次第に繊維が整列してゆきました。そして最終的に1000回のストレッチを繰り返した結果、強く柔らかく耐久性を持つようになったとのこと。数値的には、まったく筋トレをしなかった"弛んだ"状態に比較しておよそ4.3倍の引張強度にまで仕上がりました。

MIT Frontpage Candidate
これまでも、最初から強度を与えるために最初から繊維を同じ方向に整列させたハイドロゲルを作ることは可能でした。しかし、それはいわゆる筋肉のような柔軟性に乏しかったり、生体適合に必要な水分含有量を持たない場合がほとんどだったといいます。

もともと、機械的な負荷をかけることでハイドロゲルが崩壊し始める疲労点を探ろうというのがこの研究のテーマでした。しかし結果はその逆で、あたかも筋トレをするようにヒドロゲルが強化される性質を持つ発見に至ったことで非常に驚いたとのことです。なお、上記の例では1000回の伸縮運動でしたが、素材の中には3万回のトレーニングに耐えきった物もあったとのこと。そしてトレーニング後も素材は柔軟性を示し、84%という高い水分含有量を維持していたとのこと。

実験の結果を見た研究者らは、いつかこの特性を「心臓弁、人工軟骨、脊椎円板などにインプラントとして、またはソフトロボットなどの工学的用途」に活用できるだろうと期待しています。

なお、残念ながらこのゲル素材自体は体内に埋め込んでも筋肉にはなりません。「筋肉は裏切らない」ので、ご自身の筋肉はしっかり筋トレで鍛えてやってください。




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Source: MIT News
関連キーワード: hydrogels, medicine, mit, muscles, tomorrow
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