合成された複合ゲルについて、電子顕微鏡などを用いて内部構造が調べられたところ、外套膜に存在する筋線維の配向が保たれたまま、合成高分子が導入されていることが判明。これは、合成高分子との複合化において、外套膜の異方的構造はほとんど破壊されなかったことを示すという。

また、複合ゲルが外套膜の環状筋の向きに対し、垂直または平行方向への延伸が行われたところ、環状筋と垂直に延伸した場合は3倍伸ばすと切れてしまったが、環状筋と平行の場合は6倍まで伸ばせることが確認されたという。これは、複合ゲルはイカの異方的構造が反映されており、それによって異方的な力学特性が実現されたと考えられるとしている。

ちなみに、どちらの方向に延伸させた場合でも、複合ゲルの強度はイカ単体もしくは合成高分子ゲル単体のそれを大きく上回っており、複合化による強度の上昇も確認されたとする。

  • イカ外套膜内部の筋線維とその向き

    (左)イカ外套膜内部の筋線維とその向き。外套膜には、円周方向に沿った環状筋と、それとは垂直方向の放射状筋が交互に配向している。(右)外套膜と合成高分子の複合化プロセス。切り出した外套膜を親水性モノマー溶液に十分浸漬させた後、加熱して化学反応を起こさせることで、外套膜内部で合成高分子が得られる (出所:北大プレスリリースPDF)

さらに、複合ゲルの丈夫さの調査として、材料に小さな亀裂を入れて力を加えることで、亀裂の進みやすさの程度を示す値「破壊エネルギー」が測定された。筋線維の配向と水平に亀裂を入れた場合、力を加えると亀裂は簡単に進んでしまい、その破壊エネルギーはおよそ600J/m2と低かったとするが、筋線維の配向と垂直の場合は亀裂がなかなか進まず、枝分かれなどの多段階の破壊が示され、その破壊エネルギーはおよそ4000J/m2と高い結果となったとのことで、合成された複合ゲルは環状筋と垂直方向において、優れた耐破壊性を持つ異方的複合材料であることが示されたとする。

  • 複合ゲルに初期亀裂を加えた上での破壊試験の様子

    複合ゲルに初期亀裂を加えた上での破壊試験の様子。(左)亀裂は、環状筋と平行には簡単に進展する。(右)環状筋の配向と垂直には極めて進展しにくいことが確認された (出所:北大プレスリリースPDF)

なお、研究発表の時点で複合ゲルの優れた耐破壊性の原理は完全には解明されていないが、亀裂を横切るように存在するイカ筋線維が亀裂の拡大を抑制したこと、またイカ筋繊維と合成高分子が強固な分子間力でつながり、材料内部にかかる力を分散させたことが主な要因であることが考えられると研究チームでは説明しているほか、半生体由来であることから、優れた生体適合性も期待できるともしている。

なお、今回はイカの外套膜が用いられたが、世の中には多種多様な構造・性質を有する生体軟組織が存在することから、研究チームでは今後、今回の手法をもとに、使用する生体軟組織や複合化する合成高分子の種類を変えることで複合ゲルの性質を制御し、用途に応じた構造・性質を示す異方性柔軟材料を創製していく考えを示しているほか、合成高分子ではなく天然高分子を複合させることで、100％天然物由来の強靭な柔軟複合材料が得られることも期待されることから、そうした研究も進めていきたいとしている。