2016 Fiscal Year Research-status Report
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16KT0133
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
小布施 祈織 岡山大学, 環境生命科学研究科, 特任助教 (90633967)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂上 貴之 京都大学, 理学研究科, 教授 (10303603)
島内 寿徳 岡山大学, 環境生命科学研究科, 准教授 (10335383)
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| Project Period (FY) |
2016-07-19 – 2019-03-31
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| Keywords | Stokes方程式 / ナノマシン / ドラッグデリバリー / 埋め込み境界法 / 数理モデリング / 応用数学 / 数値計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.血管を摸した領域内において複数個のナノマシンがStokes流体を流れる数値シミュレーションを行うため、埋め込み境界法を用いた数値計算プログラムを作成した。H28年度の段階では、血管は直方体であり、球状同一ナノマシンが複数個考慮されている。(小布施・坂上が担当)
2.ナノマシンの作成、および流体内基本特性の数理的評価に必要な基礎実験データを主に取得した。具体的には，生体材料であるリン脂質やタンパク質の自己組織化現象を利用して、粒径50～200 nmのナノマシンを作成できた。概ね想定通りの構造であった。次に、本ナノマシンの誘電率や弾性特性などの表面物性の測定を行うことができた。神経変性疾患の一つであるアルツハイマー病を模したアミロイド散布系（外部刺激）に対して本ナノマシンを滴下した結果、アミロイドへの選択的な結合が観察された。(島内が担当)
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、埋め込み境界法を用いた数値シミュレーションによりナノマシンの血管内自走特性および遊走特性の数理解析を行い、さらにと数値実験と実験室実験の連携により優れたドラッグデリバリーを実現するためのナノマシンの設計提案を目指す。
H28年度は、埋め込み境界法による数値シミュレーションのためのプログラム作成(小布施・坂上が担当)と、数値実験でのパラメータ値として用いるためのナノマシンの流体内基礎特性の測定(島内が担当)が課題であった。数値シミュレーションンのためのプログラムは基盤となる部分の作成が完了し、ナノマシンの作成や基礎物性データなどの収集も概ね順調に進み、ほぼ当初の予定通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1．数値シミュレーションにおける設定は、H28年度の段階では、血管は直方体であり、球状同一ナノマシンが複数個考慮されているのみであった。H29年度は、血管形状・血液の流れを実際のものにより近い状況へと修正し、さらにH28年度に実験室実験により得られたナノマシン基礎特性を基に、ナノマシンや血液構成物の挙動設定を数値シミュレーションのプログラムに組み込む。 (小布施・坂上が担当)
2．孔のあいた2次元並行流路と1つの円形ナノマシンを考え、流れにシアが存在する場合について、ナノマシンの挙動を記述する数理モデルの作成を試みる。ここでの設定は2次元であり、現実の系や行っている数値シミュレーションの設定とは異なるが、解析的な問題の扱いであることにより、血管内ナノ粒子自走特性に対するより明確かつシンプルな示唆を得る可能性がある。(小布施が担当)
3．来年度も継続してナノマシンの粒径を30～100 nm に制御することを目指す。また，ナノマシンの表面物性をより広範囲の温度条件や脂質組成の条件で測定を継続する(島内が担当)。次に、小布施らの数値計算で得られた指針に基づいて、血管内の流動特性の実験的検証のための基礎実験を進める。(島内が担当)
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| Causes of Carryover |
実験は概ね予定通りに行われ、実験に関する残額は生じなかった。一方、数値シミュレーションの部分に関しては、議論および情報収集のための出張を多く予定していたが、数値シミュレーションプログラムの基礎部分の作成には多くの出張を必用としなかったこと、情報収集と議論が必用となる血管形状および血液流動のプログラミングまでは到達できなかったことにより、旅費に関する研究費をH29年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
物品費に関しては、主に実験のための材料および機器の消耗部分の購入に充てる予定である。旅費に関しては、小布施-坂上-島内の活発な議論に加え、血管形状および血液流動のプログラミングおよびNavier-Stoke, Stokes方程式の数値シミュレーションの詳細テクニックの技術提供を受けるため、主に京都および仙台への定期的な出張を予定している。また、ドラッグデリバリーに関する議論と情報収集のための出張・研究者招へいも予定している。
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