2022 Fiscal Year Research-status Report
Spatiotemporal structure and rheological property of many body soft particle flow
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21K13891
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
伊藤 弘明 千葉大学, 大学院理学研究院, 助教 (10783186)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マイクロ流路 / 懸濁液 / 液滴 / マニピュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多数のやわらかい微粒子が流体に懸濁した系は、自然界、産業界に普遍的に存在する。本研究では、これらの懸濁液の流動性を制御するための指針となる基礎的な流動原理の解明を目指し、マイクロ流体実験を行う。本年度は、(1) 前年度に作製したマイクロ流体デバイスによるミクロ液滴の流動実験、(2) 新たに設計したマイクロ流体デバイスによるミクロ液滴の配置制御実験を実施した。
(1) 粒径単分散なミクロ液滴集団が油相に懸濁した系の擬2次元流れを観察し、その液滴集団のダイナミクスを解析した。平均二乗変位の液滴密度依存性の実験データをまとめ、液滴間相互作用を考慮したシミュレーションとの比較を行った。また、高密度領域で見られた平均二乗変位の実験結果とシミュレーション結果のずれが液滴の微小変形に由来することに着目し、変形解析も行った。実験データの解析から確認された変形場の統計的な傾向について、液滴が生む流れ場にもとづいて理解できることを明らかにした。
(2) 粒径単分散なミクロ液滴集団の擬2次元流れについて、外部入力による液滴配置の制御を試みた。主流に直交する支流を接続し、支流から圧力変調を印加することで生成された液滴の軌道を変化させることに成功した。その結果、特定の周波数での周期圧力変調に対して、液滴の空間分布が二峰性となることも確認した。
また、生細胞を用いた流れと変形の実験を行うため、細胞培養環境の整備を行い、培養を開始した。
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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
初年度である前年度にマイクロ流体デバイスの設計と製作を行い、今年度は流動実験と解析に注力することができた。(1) 粒径単分散なミクロ液滴集団の流れについて、変形効果の解析も大きな進展があり、論文原稿にまとめている。また、これに加え、(2) 外部変調の入力によるミクロ液滴の配置制御へと展開することができ、実験系の構築と、予備的ではあるものの実験データを取得し、学会発表まで行うことができた。さらに今後の進展に向け、細胞培養の実験環境を新たに立ち上げ、培養を開始できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である次年度は、(1) 粒径単分散なミクロ液滴集団の変形について論文の執筆と投稿を行いながら、(2) 外部変調の入力によるミクロ液滴の配置制御について、さらに詳細な実験データを取得し、解析を進める。やわらかなミクロ粒子系として、新たに (3) 生細胞集団の流れについても実験を進める。また、(1) 粒径単分散なミクロ液滴集団の流れの平均二乗変位について、これまでの実験とシミュレーションによる研究から一定の結論を得ている。今後は、さらに理論的な解析を深め、論文としてまとめたい。
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| Causes of Carryover |
ソフト粒子系として生細胞を扱うことを目指し、本年度後半から細胞培養実験を開始した。細胞培養実験が本格化する次年度に物品費の予算が必要となるため、次年度使用分とした。また、今年度後半から国内外の会議や研究会が対面で開催されるようになり、最終年度である次年度は成果のとりまとめや発表の機会が増えることも鑑みて、これまで以上に旅費の予算が必要となるため、次年度使用分とした。
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| Remarks |
http://nonlinear.s.chiba-u.jp/~ito/
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