2014 Fiscal Year Annual Research Report
生体材料の３次元構造解析とマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション
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26292135
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田中 史彦 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (30284912)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
濱中 大介 鹿児島大学, 農学部, 准教授 (60399095)
内野 敏剛 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (70134393)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生体材料 / 構造解析 / マルチスケール / マルチフィジックス / モデル化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、貯蔵あるいは低温流通環境下に置かれた青果物の巨視的な諸現象とその内部で起きる細胞レベル・分子レベルでの諸現象を連成して予測するマルチスケール・シミュレーション法（ナノとミクロ、マクロの融合）を確立することを目的とする。本年度は、(1) 青果物の貯蔵・輸送庫内の空調制御・力学シミュレーション、(2)X線CTによる青果物内部構造観察とマルチフィジックス･シミュレーション、(3) マイクロX線CTおよび共焦点レーザ顕微鏡による細胞組織の観察とマルチフィジックス・シミュレーション、(4) 分子動力学モデルによる青果物細胞膜のガス透過シミュレーションの４中課題について以下の研究を遂行した。まず、(1)については、20ftリーファーコンテナ内にエチレンを生成する積荷とエチレン感受性の高い積荷、エチレン分解装置を設置したモデルをANSYS Fluentコードで作成し、庫内のエチレン濃度を予測するシミュレーションを行い，これらの最適な配置について検討した。つぎに、(2)については、X線CTによって取得した２次元マルチスライス画像からカキの３次元内部構造を再構築し、内部の熱，ガス拡散係数ならびにガスの果皮表面抵抗を算出した。つぎに、(3)については、リンゴやジャガイモ，ラディッシュのスライス画像を取得し、画像処理によって細胞壁、細胞間隙を抽出し、３次元形状の再構築を行った。リンゴについては10個程度の細胞から成る組織での熱・ガス移動シミュレーションモデルを構築した。最後に、(4)については、青果物の細胞膜のガス透過シミュレーションに必要な物性値について文献検索を行っている。
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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
本年度の研究計画では、４つの中課題のうち、おもに(1)～(3)までの中課題を中心に研究を進め、(4)については次年度より解析を始めるための文献検索に当たってきた。マクロスケールにおけるマルチフィジックス・シミュレーションを対象とする中課題(1)～(2)では、３次元熱物質移動モデルの構築は完成の段階にあり、初期計画の予定以上に進展している。(3)のミクロスケールのシミュレーションでは、数種類の青果物についてμX線CTのマルチスライス画像を得ており、画像処理により境界がスムーズな３次元形状モデルの構築に成功し、おおむね良好に進展している。ただし、計算領域が小さいため、次年度はこの改善が求められる。(4)については、研究が文献検索による物性値の収集にとどまって，実験の遂行が必要であると考える．総合的にはおおむね順調に研究が進展しているものと判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に引き続き、４課題について研究を遂行する。(1)については、庫内を拡散するガスの種類を追加するなど、シミュレータの汎用化を目指す。(2)、(3)については、前年度のデータ取得の不足分を補う。また、青果物の品目を追加することも検討する。最後に、(4)については、シミュレータの選定等について検討する。なお、共同研究者の濱中が機関外に転出のため分担者から除外されるが、３次元構造モデルの作成は順調に進んでおり、研究代表者の田中が継続して研究を遂行できる現状にあり、問題はない。
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| Causes of Carryover |
解析ソフトのオプションモジュール、ライセンス追加、高性能数値解析装置の購入予算として約230万円を繰り越した。平成26年度は、追加モジュールなしで解析ができるパッケージで十分であり、日々進化する高性能数値解析装置の購入を次年度に先送りした。このため、平成27年度予算として繰り越すこととした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰り越し分はオプションモジュールの追加費，高性能数値解析装置の購入費、分子計算ソフトの購入費等に充てる。
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