2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative simulation technology for the realization of continuous production of pharmaceuticals
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21H04870
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
酒井 幹夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00391342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
出町 和之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00292764)
森 隆昌 法政大学, 生命科学部, 教授 (20345929)
綱澤 有輝 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 研究員 (80803923)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 離散要素法 / 埋込境界法 / 符号付距離関数 / 固体-流体連成シミュレーション / DEM / 固有直交分解 / データサイエンス / 縮約モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医薬品の製造において連続生産の導入が注目されている。これまでの連続生産の研究は実験やプロセス設計を中心になされてきた。医薬品の連続生産の最適化のために物理シミュレーションの導入が期待されている。本研究では、医薬品の中で最も身近な固形製剤を対象とし、数値シミュレーションに関する研究を行う。固形製剤の連続生産は固体粒子と流体が複雑に相互作用するマルチフィジックス問題である。このようなマルチフィジックス問題の数値シミュレーションを実行するために、研究者代表者のグループで独自開発したFlexible Euler-Lagrange method with an implicit algorithm（FELMI）コードを使用して研究を進める。2021年度の研究実績は、(1)シミュレーションによる粉体混合評価手法の開発、(2)非球形粒子シミュレーション手法の開発および妥当性確認、(3)Proper Othogonal Decompositionによる粉体混合メカニズムの同定手法の開発である。
(1)シミュレーションによる粉体混合評価手法の開発では、Shear Mixingの評価を速度の分散を用いて評価できることを新たに示した。(2)非球形粒子シミュレーション手法の開発および妥当性確認では、楕円体粒子を用いたDEMを開発し、複雑な形状の壁境界であっても実現象の再現性がよいことを示した。(3)Proper Othogonal Decompositionによる粉体混合メカニズムの同定手法の開発では、粒子の位置ベクトルのPODモードに移流混合および拡散混合に特有のパターンが生じることを示した。
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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
研究者代表者のグループで独自開発したFlexible Euler-Lagrange method with an implicit algorithm（FELMI）コードを用いて、固形製剤の連続生産の数値シミュレーションに関する要素技術の開発を行うとともに、妥当性確認などを行った他、実際の粉体プロセスへの応用を図った。研究成果は、権威ある国際学術雑誌の論文として出版されたり、国内外の学会において招待講演を行ったりしたことから、国際的に認めたと判断している。これらのことから、進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、固形製剤の連続生産の数値シミュレーションに関する技術開発を行う。研究代表者のグループで開発した、DEM粗視化モデル、非球形粒子モデル、数値計算安定化手法などと組み合わせた新しい計算モデルを開発するとともに、データサイエンスを活用することによる数値シミュレーションの物性値の推定手法も構築する他、計算モデルの妥当性確認の手法の提案も行う。
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