毛細血管内における物質輸送担体のマルチスケール解析と物質移動の制御

毛细管中传质载体的多尺度分析和传质控制

• 批准号: 15686009
• 负责人: 高木 周
• 金额: $ 18.8万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15686009/
• 关键词: 微小循環; 赤血球; ドラッグデリバリーシステム; 脂質二分子膜; 血液; ジャイアントベシクル; マイクロ流体; マルチスケール解析

毛細血管内を変形しながら移動する赤血球やドラッグデリバリ用マイクロカプセルなどの分散体では,毛細血管内での力学的特性と膜を介しての分子レベルの物質輸送が密接に関連している.生体内におけるこれらの要素の影響を定量的に評価するためには,生体膜を介して細胞内に取り込まれる分子レベルの物質輸送から連続体レベルでの血流・分散体の流体・構造連成までマルチスケール性を考慮した解析が必要である.本研究では,これらの複雑な因子を合理的かつ精度良く解析するためのツールの開発を行なうために,単純せん断流中のベシクルの変形に関して知見を得て,マルチスケールモデリングにおいて重要となる因子を抽出することを目指す.本年度は,せん断流中を変形するジャイアントベシクルに関して,昨年度作成した装置を用いて膨潤率の異なる様々な条件で実験を行なった.また,Immersed Boundary法を用いた数値計算による結果および既存の理論との比較を行い,以下の知見を得た.・本実験条件下においては,ベシクルは形を一定に保ったまま移動するTank-Treadingと呼ばれる運動形態を呈する.・ベシクルは,膨潤率の低下とともに,軸がより水平に傾いた運動をするが,この結果に関して,実験・数値計算・理論は定量的に良好な一致を示す.・数値計算および理論において仮定されている膜モデルは互いに異なり,また実際の実験で用いられている膜の力学的特性は,これらどちらの膜モデルとも異なると考えられるが,ベシクルの傾き角は膨潤率のみにより整理できる.これは,ベシクル膜の力学的条件よりも膨潤率で記述される幾何学的拘束条件が重要な因子であることを示している.・ベシクル内部の流動構造を可視化するのに成功した.膜面速度の見積もりより,ベシクル表面は流動的であり,複雑な2次流れが存在している可能性がある.

The mechanical properties of the capillary and the molecular transport of substances through the membrane are closely related to the dispersion of red blood cells in the capillary. Quantitative evaluation of the effects of these factors in vivo is necessary to consider the analysis of the molecular transport of substances in the intracellular membrane, the blood flow, the dispersion, the fluid structure, and the relationship between the molecular transport and the substance transport. This study aims to find out whether the complex factors are reasonable, accurate and accurate, and whether the factors are important or not. This year, we will continue to improve the quality of our products, and we will continue to improve the quality of our products. Immersed Boundary method is used to calculate the numerical value, the result is compared with the existing theory, and the following knowledge is obtained. Under these conditions, the Tank-Treading movement pattern is maintained. Beshikul said that due to the low expansion rate and the horizontal movement of the shaft, the results show that the actual, numerical calculations and theory are in good agreement with the quantity. The numerical value calculation is based on the theoretical analysis of the mechanical properties of the membrane, and the calculation of the mechanical properties of the membrane. The mechanical conditions of the membrane, the swelling rate, the geometric constraint conditions, and the important factors are described. Successful visualization of internal flow structures. The velocity of the film surface is the product of the velocity of the film surface. The velocity of the film surface is the product of the velocity of the film surface.

项目成果

Deformation of Giant Vesicles in Capillary Flow

毛细管流中巨型囊泡的变形

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of International Conference of Multiphase Flows 2004 (CD-ROM)
• 作者: Yamada;T.;Takagi.S.;Matsumoto Y.
• 通讯作者: Matsumoto Y.

A molecular-dynamics study of lipid bilayers: Effects of the hydrocarbon chain length on permeability

• DOI: 10.1063/1.2102900
• 发表时间: 2005-11-08
• 期刊: JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS
• 影响因子: 4.4
• 作者: Sugii, T;Takagi, S;Matsumoto, Y
• 通讯作者: Matsumoto, Y

Microscopic and Mesoscopic Simulation of Self-Assembled Membrane

自组装膜的微观和细观模拟

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the 6th KSME-JSME Thermal & Fluids Engineering Conference (発表予定)
• 作者: Sugii;T.;Takagi.S.;Matsumoto Y.
• 通讯作者: Matsumoto Y.

Sugii, T., Takagi, S., Matsumoto, Y.: "Molecular Dynamics Analysis of the Transport Phenomena of Small Molecules in the Membrane/Water System"Proceedings of Joint Meeting : International Conference on Molecular Simulation and Computational Science Worksho

Sugii, T.、Takagi, S.、Matsumoto, Y.：“膜/水系统中小分子输运现象的分子动力学分析”联席会议论文集：国际分子模拟与计算科学研讨会论文集

A mesoscopic simulation study of distributions of droplets in a bifurcating channel

• DOI: 10.1016/j.compfluid.2005.07.018
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: Computers & Fluids
• 影响因子: 2.8
• 作者: Y. Inoue;S. Takagi;Y. Matsumoto