| 研究課題/領域番号 |
19H01858
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
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| 研究分担者 |
今井 正幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | マルチスケールシミュレーション / 粘弾性流動 / べシクル / 流体粒子法 / 粘弾性 / マルチスケールモデル / ベシクル / 高分子溶液 / フィラー / 生体 / ソフトマター流動 / 移動境界 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
血流のような界面活性剤膜の作る小胞（ベシクル）の集団を含む細孔（血管）内での流動やフィラー等の多数の分散粒子を含む高分子流体のようなソフトマター系の混相流動は、非線形の流動特性を示す典型的な複雑流体である。そこでは、マクロな流動と分散粒子の持つメゾスケールの構造と運動が、互いに相関しながら共存している。本課題では、このマルチスケールの物理の考察をさらに進めて、「マルチファンクショナルの物理」、すなわちマルチスケールの各階層での機能性が互いに協奏することで、全体の機能を如何に発現するのかという点を、大規模計算機シミュレーションを用いた複雑流動解析の観点から明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
血流に代表される界面活性剤膜から構成されるべシクルを分散した液体の流動は、典型的なマルチスケールの現象であり、異なる方法論の融合によるマルチスケールシミュレーションの格好のターゲットとなる。本研究では、マクロな流動には流体粒子法（SPH法）を用い、各流体粒子にミクロな分子モデルを内包させることで、膜面上での界面活性剤分子の流動と拡散によって引き起こされるマランゴーニ流動と、それに伴うべシクルの変形をシミュレートした。我々の方法では、界面の追跡、流体－弾性体膜の複合計算、拡散現象と流動のマルチスケール計算のそれぞれを組合すことで、境界面の変形を伴う複雑な流動を再現することに成功している。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究課題で開発した方法論は、粒子法を用いたマクロな流体力学とミクロな分子の拡散現象を同時並列に扱うマルチスケールシミュレーションである。このような方法論の開発は、アプリオリにマクロな力学特性が与えられていない複雑流動を解析する際の有力な方法論となりえる。また、本研究では特に膜面上で界面活性剤のような物質が拡散・流動を行う現象を解析しており、内部に微細構造を持つ構造体の変形と流動の定量的な予測に役立つ方法論を与える。
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