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2014 年度 実績報告書

血流との干渉が小さい生体材料の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 25820050
研究機関東北大学

研究代表者

菊地 謙次  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00553801)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードマイクロ流れ / 表面近傍 / PIV / 壁面せん断応力
研究実績の概要

低摩擦性を持つ生体高分子表面上の壁面せん断応力を非侵襲で計測する手法として,生体表面上の流れを直接計測することでせん断力を計測・評価する手法を提案した.従来法とは異なり力学センサを必要としない新たな壁面せん断力手法を開発したことにより,様々な表面状態によってもその表面上のせん断力計測を可能とし,その成果については計測関する国際誌に掲載されている.また,表面における壁面せん断応力は,生体高分子表面における分子鎖間隙に深く関連し,本研究期間においてその分子鎖間隙と摩擦低減率について定量的に評価し,本研究目的に相当する優れた生体材料開発への評価項目として確立した.
本年度ではさらに,分子鎖間隙に囲われた内部の水の挙動について,蛍光標識剤を使用し,分子スケールでの物質拡散および移動の計測を行った.分子鎖間隙内での物質拡散の定量的計測手法としては,表面近傍の速度場計測装置を応用し,独自の濃度勾配計測手法を構築し,国内における学会で発表している.本研究成果については現在論文執筆中であり,国際誌への投稿を予定している.また,分子鎖間隙内での物質移動に関しても,高分子-水界面において多孔質様流れ場が形成していることを明らかとなり,生体高分子内での界面近傍内部の流動により,表面の摩擦抵抗低減を示唆する力学的メカニズムとして知見が得られ,現在論文投稿を予定している.
以上より,本年度では生体材料を構成する生体高分子表面における摩擦の定量評価手法の開発と,その摩擦の低減メカニズムに関わる高分子内部の物質拡散と物質移動について定量評価を行った.実施予定よりも順調に研究が推進されて,分子スケールの物質移動計測法を開発できたことより,さらに本研究に関わる内容の力学知見が深まったことが最大の成果と考えられる.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Velocity profile of thin film flows measured using a confocal microscopy particle image velocimetry system with simultaneous multi depth position2015

    • 著者名/発表者名
      K Kikuchi and O Mochizuki
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: 26 ページ: 025301_1-9

    • DOI

      10.1088/0957-0233/26/2/025301

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hemodynamics in the Microcirculation and in Microfluidics2014

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Kenji Kikuchi, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi
    • 雑誌名

      Annals of Biomedical Engineering

      巻: 43 ページ: 238-257

    • DOI

      10.1007/s10439-014-1180-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Morphological considerations of fish fin shape on thrust generation2014

    • 著者名/発表者名
      K Kikuchi, Y Uehara, Y Kubota and O Mochizuki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Fluid Mechanics

      巻: 7 ページ: 625-632

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 経皮吸収における皮膚内部の薬物浸透のin vivo濃度計測手法の開発2015

    • 著者名/発表者名
      重田 峻輔, 菊地 謙次, 沼山 恵子, 石川 拓司
    • 学会等名
      日本機械学会東北支部講演会
    • 発表場所
      宮城県仙台市,東北大学
    • 年月日
      2015-03-13 – 2015-03-13
  • [学会発表] 傾斜共焦点マイクロPIVを用いた壁面近傍の速度場計測2014

    • 著者名/発表者名
      菊地謙次,望月修
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2014
    • 発表場所
      宮城県仙台市,東北大学
    • 年月日
      2014-09-15 – 2014-09-17
  • [学会発表] In vivo Visualization of Cytoplasmic streaming by using confocal micro PTV measurement2014

    • 著者名/発表者名
      Kenji Kikuchi and Osamu Mochizuki
    • 学会等名
      2014 Specially Promoted Research of JSPS Integrated nano-biomechanics
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2014-07-05 – 2014-07-05

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公開日: 2016-06-01  

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