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毛細血管内における物質輸送担体のマルチスケール解析と物質移動の制御

研究課題

研究課題/領域番号 15686009
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関東京大学

研究代表者

高木 周  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30272371)

研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
29,380千円 (直接経費: 22,600千円、間接経費: 6,780千円)
2005年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2004年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2003年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
キーワード微小循環 / 赤血球 / ドラッグデリバリーシステム / 脂質二分子膜 / 血液 / ジャイアントベシクル / マイクロ流体 / マルチスケール解析
研究概要

毛細血管内を変形しながら移動する赤血球やドラッグデリバリ用マイクロカプセルなどの分散体では,毛細血管内での力学的特性と膜を介しての分子レベルの物質輸送が密接に関連している.生体内におけるこれらの要素の影響を定量的に評価するためには,生体膜を介して細胞内に取り込まれる分子レベルの物質輸送から連続体レベルでの血流・分散体の流体・構造連成までマルチスケール性を考慮した解析が必要である.本研究では,これらの複雑な因子を合理的かつ精度良く解析するためのツールの開発を行なうために,単純せん断流中のベシクルの変形に関して知見を得て,マルチスケールモデリングにおいて重要となる因子を抽出することを目指す.
本年度は,せん断流中を変形するジャイアントベシクルに関して,昨年度作成した装置を用いて膨潤率の異なる様々な条件で実験を行なった.また,Immersed Boundary法を用いた数値計算による結果および既存の理論との比較を行い,以下の知見を得た.
・本実験条件下においては,ベシクルは形を一定に保ったまま移動するTank-Treadingと呼ばれる運動形態を呈する.
・ベシクルは,膨潤率の低下とともに,軸がより水平に傾いた運動をするが,この結果に関して,実験・数値計算・理論は定量的に良好な一致を示す.
・数値計算および理論において仮定されている膜モデルは互いに異なり,また実際の実験で用いられている膜の力学的特性は,これらどちらの膜モデルとも異なると考えられるが,ベシクルの傾き角は膨潤率のみにより整理できる.これは,ベシクル膜の力学的条件よりも膨潤率で記述される幾何学的拘束条件が重要な因子であることを示している.
・ベシクル内部の流動構造を可視化するのに成功した.膜面速度の見積もりより,ベシクル表面は流動的であり,複雑な2次流れが存在している可能性がある.

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (10件) 図書 (1件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] A molecular dynamics study of lipid bilayers effects of the hydrocarbon chain length on permeability2005

    • 著者名/発表者名
      Taisuke SUGII, Shu TAKAGI, Yoichiro MATSUMOTO
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 123

      ページ: 184714-184714

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A mesoscopic simulation study of distributions of droplets in a bifurcating channel2005

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro INOUE, Shu TAKAGI, Yoichiro MATSUMOTO
    • 雑誌名

      Computers & Fluids (In Press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A mesoscopic simulation study of distributions of droplets in a bifurcating channel2005

    • 著者名/発表者名
      Gota KIKUGAWA, Shu TAKAGI, Yoichiro MATSUMOTO
    • 雑誌名

      Computers & Fluids (In Press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Multi-scale Analysis on Micro Circulation2005

    • 著者名/発表者名
      Shu TAKAGI
    • 雑誌名

      Proc. the 2^<nd> International Symposium on Biomedical Systems Innovation (In Press)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] The Study on a Giant Vesilce in a Simple Shear Flow2005

    • 著者名/発表者名
      Yamada, T., Takagi.S., Matsumoto Y.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th KSME-JSME Thermal & Fluids Engineering Conference (発表予定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Microscopic and Mesoscopic Simulation of Self-Assembled Membrane2005

    • 著者名/発表者名
      Sugii, T., Takagi.S., Matsumoto Y.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th KSME-JSME Thermal & Fluids Engineering Conference (発表予定)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Study of Transport of a Lipid Membrane2004

    • 著者名/発表者名
      Sugii, T., Takagi, S., Matsumoto Y.
    • 雑誌名

      Thermal Science & Engineering 12

      ページ: 83-84

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Deformation of Giant Vesicles in Capillary Flow2004

    • 著者名/発表者名
      Yamada, T., Takagi.S., Matsumoto Y.
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference of Multiphase Flows 2004 (CD-ROM)

      ページ: 559-559

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A Mesoscopic Simulation of Vesicles Flows in Microcirculation2004

    • 著者名/発表者名
      Inoue, Y., Takagi.S., Matsumoto Y.
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference of Multiphase Flows 2004 (CD-ROM)

      ページ: 440-440

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Molecular Dynamics Study of Permeation Process of Small Molecules through a Lipid Bilayer2004

    • 著者名/発表者名
      Sugii, T., Takagi.S., Matsumoto Y.
    • 雑誌名

      Proceedings of 21st International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] マイクロ・ナノ熱流体ハンドブック(3-2節 マイクロ混相流(pp.67-76)担当)2005

    • 著者名/発表者名
      高木 周(分担執筆)
    • 総ページ数
      669
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [文献書誌] Sugii, t., Takagi, S., Matsumoto Y.: "Molecular Dynamics Analysis of the Transport of Small Molecules through a Lipid Bilayer"Proceedings of the 1st international symposium on Micro and Nano Technology. (CD-ROM). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Sugii, T., Takagi, S., Matsumoto, Y.: "Molecular Dynamics Analysis of the Transport Phenomena of Small Molecules in the Membrane/Water System"Proceedings of Joint Meeting : International Conference on Molecular Simulation and Computational Science Workshop. 260-261 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 高木 周: "混相流の数値計算手法"応用数理. Vol.13. 48-60 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Yamada, Y., Takagi.S., Matsumoto Y.: "Deformation of Giant Vesicles in Capillary Flow"Proceedings of International Conference of Multiphase Flows. (to appear). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山田雄士, 高木周, 松本洋一郎: "毛細血管内における変形カプセルの数値解析"日本流体力学会年会講演論文集. 70-71 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 和田直晃, 高木周, 松本洋一郎: "変形ベシクルの数値シミュレーション"第53回理論応用力学講演会講演論文集. 361-362 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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