多階層スケールの流動解析による赤血球と内皮グリコカリックスの力学的相互作用の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K20659
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 宮内 優 宮崎大学, 工学部, 准教授 (00758691)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 赤血球 / 遠心力 / 流体解析 / 膜

Outline of Annual Research Achievements

血管内皮を覆う血管内皮細胞の膜表面にはグリコカリックスと呼ばれる、糖鎖に連なったブッシュ状の高分子膜タンパク群が存在しており、グリコカリックスの損傷が様々な循環器系疾患を引き起こすことが知られている。本研究は赤血球とグリコカリックスの力学的相互作用の解明を目的としている。
本年度は連続体スケールにおける傾斜遠心力下で壁面近傍を移動する赤血球の解析に関して、赤血球膜と流体の連成解析法の妥当性について検討を行った。前年度に実装した曲げ剛性に対するHelfrichモデルについては、赤血球膜の形状の平均曲率やガウス曲率の分布が既存の論文に報告されている結果と良好に一致していることを確認した。そこで、赤血球に生じる内力の流体メッシュへの分散に問題があると考え、immersed boundary methodに対してその妥当性を調べた。その検証として、静止流体中での表面張力を持つ円形膜および弾性膜の振動問題、一様せん断流れにおける弾性カプセルの変形問題などに適用し、報告されている数値結果と比較を行った。比較対象の計算結果と少しずれがあるものの、定性的には同じ結果が得られた。このずれが生じる理由は離散化方法の違いなどが考えられるが詳細は不明である。結果として、膜に曲げ剛性を導入した際の、傾斜遠心力場における赤血球モデルのシミュレーションの数値不安定性は、この計算条件に特有のものであることが示唆された。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

曲げ剛性の導入による数値不安定性が発生し、調べたい現象が再現できていないため。

Strategy for Future Research Activity

詳細な検証を行い、数値不安定の解消を試みる。または、別の曲げ剛性モデルの導入を行う。

Causes of Carryover

今年度において旅費や論文投稿料を使用しなかった分、残額が生じた。翌年度に繰り越して論文投稿料などに充てる。