2015 Fiscal Year Research-status Report
固液テーラ渦カオス乱流の超音波速度計測法の確立と細胞保護バイオリアクターへの応用
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26420096
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河合 秀樹 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20292071)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | Taylor渦 / 固液分離 / カオス / 混相流 / 微生物流動 / 超音波流速計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バイオ工学や再生医工学で注目される血球細胞や未分化細胞などの動物細胞は、細胞壁を持たないため、撹拌培養に生じる流体のせん断応力によって損傷を受けやすい。Taylor渦(Taylor Vortex Flow:TVF)は、単純な装置で流れの安定かつ均一な混合の可能性を有することから、細胞の損傷率も低く抑えられると期待される。そこで我々は実験上安全な植物細胞の中から細胞壁を持たない特定の光合成植物微生物を選定し、TVFによる効果を調査している。目下TVF撹拌では細胞増殖に支障を来す損傷は確認されておらず、流体力学的な挙動と損傷率の関係をより深く解明することが重要である。
本年度は、浮遊細胞の損傷率について吸光度スペクトルの分布測定に加えて、光学顕微鏡画像から得られたスピルリナ微生物細胞の長軸方向長さ分布を統計的に処理することによって損傷率を求め、吸光度スペクトルとの相関について調べた。この結果、従来から得られた知見と同様、TVFバイオリアクターでの損傷率は低く、逆に培養期間中に成長する細胞群の分布も確認された。ただし、より高いReynolds数領域においては、細胞増殖に影響はないものの、これまでの可視光吸光度スペクトルでは見られなかった微量な損傷劣化が捕捉されるようになり、高精度測定に繋がる結果が得られたと言える。本手法をインペラ撹拌による細胞の損傷測定にも応用した結果、TVFよりも優位に損傷が確認される結果も得られたことから、今後更にデータを取得する予定である。
また、TVFの単相流によるカオス流動挙動の把握については、超音波法と数値解析を比較することにより、速度成分の周波数スペクトル分布の現れ方が訂正的によく一致する結果が得られた。特に低周波領域におけるブロードバンドのスペクトルが捕捉されている。
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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
当初計画に即した実験が実施されており、予測した結果も概ね得られている。ただし、固定化培養実験における固定化培地(BSPs)と浮遊細胞の超音波による速度同時計測法の確立は、当初の想定よりノイズの影響が大きく若干の遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発に遅れが生じている固定化培養法における固定化培地と浮遊細胞の速度同時計測は、超音波計測法に並行してPIV可視化計測など他の計測法も検討する。
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| Causes of Carryover |
当初計画してた超音波による二種類の流体同時計測法の確立がノイズ除去の困難から遅れを生じ、新たに購入するプローブの機種選定を保留にしたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
超音波法の確立が困難な場合を想定し、可視化技術による計測法も視野に入れる。
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