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異形粒子の気相中ダイナミクスと粒子の肺内挙動の解析への応用

应用于分析气相中不规则形状颗粒的动力学及其在肺部的行为

基本信息

批准号：
21J13499
负责人：
三谷亮介
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

肺に吸入される粒子状物質の人体への影響の理解のために、肺内の異形粒子の移動現象を解明することを目的とする。本研究では肺内の粒子の運動を直接観測することは困難であることから、数値シミュレーションに着目する。しかし、異形粒子では、球形粒子と異なり、回転を伴うことから、その運動挙動が複雑となる。申請者は昨年度に構築した異形粒子の抗力モデルを用いて，カスケードインパクター内の粒子運動挙動の解析に尽力した。まずはハイスピードカメラによって，アクリル円管内の針状粒子の運動挙動を実験と数値シミュレーションで比較した。その結果，粒子の軌跡は実験と数値シミュレーションで非常によく一致しており，簡単なモデルにおける計算の妥当性が検証された。続いて，カスケードインパクター内における針状粒子の運動挙動を，実験と数値シミュレーションで比較することで，数値シミュレーションの妥当性を検証した。その結果，本装置内における沈着挙動が実験と数値シミュレーションで一致していることが確認され，本装置内での数値シミュレーションが妥当であることが示された。最後に粒子のアスペクト比を変更し，本装置内の粒子運動挙動のならびに粒子の受ける流体抗力を解析すると，アスペクト比が大きい粒子の方が流体抗力を受けやすく，カスケードインパクターの深部にまで粒子が到達することを明らかにした。この結果から，アスペクト比が大きい粒子の方が，肺の深部に到達しやすいことが示唆された。

To understand the effects of inhaling particulate matter on human body, to clarify the movement of particulate matter in the lung This study is aimed at directly measuring the motion of particles in the lungs. For example, a spherical particle is different from a spherical particle, and a spherical particle is different from a spherical particle. The applicant has made efforts to analyze the motion of particles within the framework of the resistance analysis of heteromorphic particles The motion of needle-like particles in a circular tube can be compared with the motion of a circular tube. As a result, the particle trajectories are very consistent with each other, and the correctness of the calculations is verified. In this case, the motion of needle particles in the center of the vehicle is determined by comparing the value of the vehicle with the value of the vehicle. As a result, it is confirmed that the number of stable movements in the device is correct and the number of stable movements in the device is correct. Finally, when the particle size ratio is changed, the particle motion in the device and the fluid resistance of the particle are analyzed. When the particle size ratio is changed, the fluid resistance of the particle is analyzed. When the particle size ratio is changed, the fluid resistance of the particle reaches the deep part of the device. The result is that the particles in the lungs reach deep into the lungs