生命現象における流動ダイナミクス

生物现象中的流动动力学

• 批准号: 16656060
• 负责人: 川野 聡恭
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Osaka University (2005-2006)Tohoku University (2004)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656060/
• 关键词: バイオ・ナノテクノロジー; 分子流体力学; コンピュータシミュレーション; 数理モデル; 人工心臓; マルチスケール解析; マルチフィジックス解析; 非線形ダイナミクス; バイオナノテクノロジー; ナノテクノロジー; バイオテクノロジー; 流体工学; 応用数学; シミュレーション; 医療機器

近年,心臓血管病手術時における左心循環用補助人工心臓ポンプの臨床応用化が注目されている.本研究では,東京大学医学部および東北大学加齢医学研究所と共同で,振動流型人工心臓に中空系を利用した酸素供給機構を付加する一体型人工心肺装置を新たに開発した.この装置における酸素付加特性に関して,流体力学的な側面から詳細な研究と最適設計法の確立が望まれ,本研究では,ポンプ内の血流と酸素の物質拡散特性について,流れ関数-渦度法と移流拡散方程式を用いた数値解析法により考察した.振動流型人工心臓ポンプでは,半径14mmの振動管全体が左右に振動することにより,出入口に取り付けたゴム製の袋が変形し血流を吐出する.血流は,定常流成分に振動成分が加わった平均流速0.0108(m/s)の振動流である.振動管の中央部に設置された中空糸表面から血液へ酸素の付与を行う.解析では,血流が軸対称であると仮定し,血液はNewton流体とした.円柱座標系における無次元化した軸対称・非圧縮性Newton流体のNavier-Stokes方程式を用いた.また,酸素濃度の時間変化を解析するため,非定常移流拡散方程式を用いた.中空糸から血液に供給される酸素量の評価は,中空糸表面における平均の酸素付加を表すSherwood数Shを用いて評価した.Re数を変化させSh数を求めた結果,Re数が増加するにっれ,Sh数が大きくなっており,酸素の伝達率がRe数の増加と共に向上していることが明らかになった.さらに,酸素付加量に関し,昨年度,設計・製作した新型人工心肺と牛血を用いた実験を行い,本数値シミュレーションと良い一致を見た.一方,MEMS技術を利用してマイクロチャネル流路を製作し,バイオ流体研究の標準プラットホームを模索している.ここでは効率的な液輸送システム,細胞カプセル技術等を実験的に考案・検討して,国際会議等で成果発表を行った.

In recent years, the clinical application of artificial hearts used to assist the における left ventricular circulation during cardiovascular surgery has attracted attention to が and されて る る. This study で は, university of Tokyo medical お よ び add 齢 at Northeastern University institute of medicine と で together, vibration flow pattern of artificial heart perforatien に hollow を using し た acid grain supply institutions を plus す る new device size heart-lung を た に open 発 し た. こ の device に お け る acid element plus features に masato し て, fluid mechanics な profile か ら detailed study な と の truly optimal design method Stand looking が ま れ, this study で は, ポ ン プ の と acid blood flow within the element の material company, dispersion characteristics に つ い て, flow れ masato number - vorticity method と advection company, dispersion equations を with い た the numerical analytical method に よ り investigation し た. Vibration flow pattern of artificial heart viscera ポ ン プ で は, radius of 14 mm の vibration tube around the entire が に す る こ と に よ り, inward and outward に take り pay け た ゴ ム の bag making が - shaped し を spit blood flow す る. Blood flow, constant flow component に, vibration component が plus わった, average flow velocity 0.0108(m/s) <s:1> vibration flow である. In the central part of the vibration tube, に, a された hollow surface is set. The <s:1> ら blood へ acid <s:1> is given to the を line う. Analysis: で で, blood flow が axis symmetry であると仮 determination で, blood で Newton fluid と た た. Has drifted back towards &yen; column coordinate system に お け る no dimensional change し た shaft, said the seaborne 圧 shrinkage Newton fluid の を Navier - Stokes equations with い た. ま た, acid element concentration の time variations change を parsing す る た め, unsteady flow moving company, dispersion equations を with い た. Hollow si か ら に blood supply さ れ る の acid element quantity evaluation 価 は, hollow si surface に お け る average pay plus を の acid element table す Sherwood number Sh を with い て review 価 し た. Re number を variations change さ せ Sh several を o め た as a result, the Re number が raised plus す る に っ れ, Sh several big が き く な っ て お り, acid element の 伝 da rate が Re Numbers is の raised と に to On し て い る こ と が Ming ら か に な っ た. さ ら に, acid, plus quantity に masato し, last year, design, production of し た new artificial heart-lung と cattle blood を with い た be 験 を い, book numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と good い を see た. Side, MEMS technology を use し て マ イ ク ロ チ ャ ネ ル flow を し, バ イ オ fluid research の standard プ ラ ッ ト ホ ー ム を die line し て い る. こ こ で は sharper rate な fluid conveying シ ス テ ム, cell カ プ セ ル technology を be 験 に test case · 検 beg し て, international conference line 発 で results such as table を っ た.

项目成果

Encapsulation of Living Cells into a Micro-Gel-Bead Using Microfluidic Device

使用微流体装置将活细胞封装到微凝胶珠中

• 发表时间: 2006
• 期刊: The 2nd International Symposium on Micro ＆ Nano Technology, Hsinchu, Taiwan
• 作者: Hirofumi SHINTAKU;他
• 通讯作者: 他

Inflammation and Regeneration

炎症与再生

• 发表时间: 2006
• 作者: Takaaki Suzuki;他;新宅博文 他4名;Hirofumi SHINTAKU 他4名;Takaaki Suzuki 他5名;Naoto SHIMIZU他2名;Yasuyuki SHIRAISHI他32名;Satoyuki KAWANO他5名;Changmo HWANG他4名;Y.SHIRAISHI他24名;新宅博文他3名;山家智之他
• 通讯作者: 山家智之他

Development of an Electrohydraulic Actuator for a Totally-Implantable Myocardial Assist System

开发用于完全植入式心肌辅助系统的电液执行器

• 发表时间: 2005
• 期刊: The 5th International Symposium on Future Medical Engineering based on Bio-nanotechnology, NanoScience and Technology for Medical Applications
• 作者: Takaaki Suzuki;他;新宅博文 他4名;Hirofumi SHINTAKU 他4名;Takaaki Suzuki 他5名;Naoto SHIMIZU他2名;Yasuyuki SHIRAISHI他32名
• 通讯作者: Yasuyuki SHIRAISHI他32名

Formation of nanoscale heparin self-assembled monolayer (SAM) on gold surface layer for blood compatibility of artificial heart

在金表面层上形成纳米级肝素自组装单层（SAM）用于人工心脏的血液相容性

• 发表时间: 2005
• 期刊: The 5th International Symposium on Future Medical Engineering based on Bio-nanotechnology, NanoScience and Technology for Medical Applications
• 作者: Takaaki Suzuki;他;新宅博文 他4名;Hirofumi SHINTAKU 他4名;Takaaki Suzuki 他5名;Naoto SHIMIZU他2名;Yasuyuki SHIRAISHI他32名;Satoyuki KAWANO他5名;Changmo HWANG他4名
• 通讯作者: Changmo HWANG他4名

マイクロチャネルにおける液体微粒化法とその特性解析

微通道液体雾化方法及其特性分析

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会論文集(B編) 第71巻708号
• 作者: 新宅博文;川野聡恭;鈴木孝明;神野伊策;小寺秀俊
• 通讯作者: 小寺秀俊