2011 Fiscal Year Annual Research Report
界面捕獲法による流路中の細胞挙動の数値シミュレーション
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21760136
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
深潟 康二 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (80361517)
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| Keywords | 細胞 / 数値シミュレーション / マイクロ流路 / 弾性皮膜 / 粘弾性 / 実験 / Level Set法 / Phase Field法 |
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| Research Abstract |
生化学分析や細胞の培養などを行うμTAS内では微細加工技術により製作されるマイクロ流路が形成されている.マイクロ流路中の実験では圧力や流速分布の実験的測定は難しいため,実験を補間すべく,マイクロ流路中の細胞挙動を再現できる数値シミュレーション技術の構築が期待されている.細胞の力学的な特性は粘弾性を持つことであり,この粘弾性挙動は例えば赤血球をマイクロピペットで吸引することにより観察できる.これまで細胞挙動は様々な数値シミュレーション手法を用いて解析されているが,本研究では連続体としての界面相互作用を取り入れやすいLevel Set法を用いる.細胞とマイクロ流路中の流体を液液二相流であると仮定し,マイクロ流路の流れ中での細胞挙動を解析できる手法を開発する.
昨年度は初年度に開発した計算手法の定量的な検証のために,Front-Tracking法の計算と比較したが,オイラー系の計算に適用できる膜モデルとして等方性弾性皮膜モデルを適用したところ,微小変形の場合には両者は定量的に一致するが,等方性弾性皮膜モデルでは大変形は正しく捕えられないという結果が得られた。本年度はこの点の改良を試みたが,数値不安定性が顕著になり,最終年度に行う予定であった計算と実験との本格的な比較をするまでには達しなかった.その後数値不安定性は主にLevel Set法に用いられる再初期化の手順で発生することが分かったため,Level Set法の代わりにPhaseField法を用いることにし,検証問題としてレイリー・テイラー不安定性の問題およびこれに一様せん断を加えた問題の数値シミュレーションを行った結果,Level Set法よりも長時間安定に計算が行えることが分かった.
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