| 研究課題/領域番号 |
20H02072
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
関 眞佐子 関西大学, システム理工学部, 教授 (80150225)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 流体 / Segre-Silberberg効果 / 変形性 / 粘弾性 |
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| 研究実績の概要 |
流路内層流に浮遊する粒子が慣性に起因する揚力を受けて，粒子の大きさや流速等に応じて流路断面内の特定の位置を通過する現象は，粒子の分離・選別への応用が期待されている．浮遊粒子が細胞である場合には，慣性による揚力に加えて，細胞のもつ変形性や媒質の粘弾性に起因する揚力も生じるので，これらの釣り合いの位置として粒子の集中位置が決定される．本研究は，粘弾性流体に浮遊する変形粒子の流路内流れ中の挙動および粒子に作用する揚力を，実験および数値シミュレーションによって解析し，その決定因子と機序を解明することを目的としている．2020年度は、実験では「微小流路断面観察システム」の製作を行い，数値解析では粘弾性流体の流れ中に粒子が浮遊する場合の流体解析プログラムの作成を行った。
「微小流路断面観察システム」の製作においては，流路幅が数十ミクロンの微小流路に対して断面内の粒子位置を高精度で計測できるシステムが要求されるため，超長作動対物レンズと高感度高速度カメラを装着した顕微鏡システムを新たに製作した．製作した実験システムを用いて、流路幅が50ミクロンの流路内を流れる直径5ミクロンのポリスチレン粒子の断面内位置を計測したところ、十分な精度で測定できることを確認した。また、照明としてUV光を用いることで、赤血球を浮遊させた場合にも十分なコントラストの像が得られることを確認した。
粘弾性流体の数値解析プログラムの作成については、FENE-Pモデルに基づく流体解析プログラムを粒子が浮遊する場合も取り扱えるようにし、種々のパラメータの場合に計算を実行して、先行研究との比較を行った。空間や時間の刻み幅を変化させて検討を行った結果、現実的な計算時間となる設定値に対して、先行研究の結果と良好な一致が見られることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、(1) 「微小流路断面観察システム」を製作し、その計測精度の確認を行い、(2) 粘弾性流体の流れ中に粒子が浮遊する場合の流体解析プログラムの作成を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
計画通りに研究が進展しているので、2021年度は当初の予定通り、(1) 「微小流路断面観察システム」を用いて、赤血球を浮遊粒子とする場合の実験を行うとともに、(2) 流体解析プログラムを用いて、粘弾性流体中に剛体球が浮遊する場合の数値シミュレーションを行う。
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