| 研究概要 |
本研究課題では生理学的に重要な,微小循環における血中物質の輸送・拡散現象を,工学的に定量化することを目的とする.微小循環における血管径はミクロンオーダーであり,流体中における血液細胞就中,赤血球の振舞いが力学的に重要である.
赤血球は無核な細胞であり,細胞膜と細胞内外の流体の力学的相互作用が,赤血球の変形挙動を解析する際に重要となる,現在,計算生体力学の分野では,バネを連結した簡易的な膜モデルによって,赤血球膜の弾性を表現する手法が幅広く用いられている.しかしながら,バネによる膜モデルの力学的特性は,これまで議論されていなかった.そこで,バネモデルが赤血球膜を表現するのに適しているのか,またどのような膜のモデルが赤血球膜を表現するのに適しているかを議論し,バネモデルでは生体膜の持つ面積非圧縮性を表現するに不適であること,離散的なバネモデルと既知の連続体モデルとの関連を明らかにした.これらの解析により,バネモデルにおけるヤング率やポアソン比等の膜特性を評価することが初めて可能となった.以上の結果は,雑誌論文また学会において発表を行った.
さらに,第2回優秀若手研究者海外派遣事業(特別研究員)による支援を受け,共同研究者バーゼス教授の指導の下,単一赤血球の変形挙動解析を行った.有限要素法と境界要素法をカップリングした新しい解析手法を用いることで,今まで数値不安定のため未解明であった力学条件での解析が可能となり,膜剛性,膜内外の流体粘性比などの力学的因子がもたらす赤血球の変形挙動並びに膜面応力への影響を,統一的に明らかにした.これらの結果は,溶血や赤血球膜のメカノトランスダクションを議論する際に重要な力学的知見となる.
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