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ノード流れの流体・構造連成計算

公募研究

研究領域シリア・中心体系による生体情報フローの制御
研究課題/領域番号 15H01199
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関東北大学

研究代表者

大森 俊宏  東北大学, 工学研究科, 助教 (10633456)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード計算バイオメカニクス / 計算生体力学 / バイオメカニクス / 数値流体力学
研究実績の概要

本研究では体の左右を決定するノード流れについて,その流れを誘起するノード繊毛に注目し,ノード繊毛の計算力学モデルの構築を行った.これにより,ノード内に作られる流れ場や,その流れによる物質輸送,応力場の定量化を行った.特に本年度では,境界要素法と有限要素法をカップルしたノード繊毛軸糸の流体構造計算モデルを用いて,ノード繊毛の回転挙動や繊毛の作る流れ場について解析を行い,繊毛の回転にはモータタンパクであるダイニンのアクティベーションが伝播する周波数と流体粘度,軸糸を構成する微小管の弾性との比が重要であり,ある比率の下で回転軌道が最大となる事,繊毛の作る流れ場は繊毛からの距離の3乗に反比例して減衰することを明らかにした.ここまでの結果を取りまとめ雑誌投稿中である.
また,実験結果から得られた画像からノード形状の3次元的な再構築を行い,実形状のノード流れの数値計算を行った.これにより,左右を決定する因子と注目されている2つの仮説,物質輸送仮説と機械刺激仮説の力学的視点からの検証を行った.特に,体の左右の決定には2本程度の繊毛があれば十分であるとの報告がある事から,1から6本程度の繊毛が作る流れの下で,物質輸送解析,応力場解析を行った.その結果,ノード内に存在する粒子の壁への輸送は左右で顕著な差が生まれないこと,ノード内に発生するせん断応力により不動繊毛の根本で特に高い張力が発生することが分かった.これまでの結果を「The 16th international Conference on Biomedical Engineering」などの国際学会や「第21回計算工学講演会」などで発表を行った.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Upward swimming of a sperm cell in shear flow2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Omori and Takuji Ishikawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 93 号: 3 ページ: 032402-032402

    • DOI

      10.1103/physreve.93.032402

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ノード繊毛軸糸の計算力学モデルの開発2017

    • 著者名/発表者名
      盧明鳴, 大森俊宏, 今井陽介, 石川拓司
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部第52期講演会
    • 発表場所
      仙台,東北大学
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Numerical simulation of a sperm cell in shear flow near an infinite boundary wall2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Biomedical Engineering
    • 発表場所
      Singapore, National University of Singapore
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rheotaxis of a Sperm Cell in Shear Flow Near an Infinite Plane Wall2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Computational Methods
    • 発表場所
      USA, University of California, Berkeley
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] せん断流れ下における精子遡上の数値シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      大森俊宏,石川拓司
    • 学会等名
      第21回計算工学講演会
    • 発表場所
      新潟(朱鷺メッセ)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Mechanics of nodal cilia in early mouse embryo2015

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Omori, Hiroto Sugai, Yohsuke Imai, and Takuji Ishikawa
    • 学会等名
      The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 発表場所
      Frontier Research in Applied Sciences Building in Sapporo Campus, Hokkaido University, Sapporo, Jpan
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Swimming of a spermatozoon in shear flow near non-slip boundary2015

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Omori and Takuji Ishikawa
    • 学会等名
      CFD in medicine and biology II
    • 発表場所
      Albufeira, Portugal
    • 年月日
      2015-08-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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