大阪大学
理化学研究所
关西大学
冈山大学

【研究成果要点】

• 揭示微通道内粒子的聚焦模式因粒子的变形性而发生剧烈变化
• 微通道内的粒子集中研究主要是针对硬粒子进行，对于软粒子如细胞的行为没有充分理解，虽然有数值计算的预测，但实验验证不足。
• 确立制造细胞大小的柔软水凝胶粒子的技术，通过实验验证柔软粒子的聚焦行为，使用“富岳”的大规模数值计算和新理论模型，阐明聚焦模式的变化机制
• 利用液体中的细胞和粒子的变形性开发新一代微流体设备，有望应用于实现癌症早期诊断的活细胞筛选和分离技术

大阪大学研究生院基础工学研究科广畑佑真（博士后期课程）、杉山和靖教授（理化学研究所光量子工学研究中心客座研究员兼任）、关西大学系统理工学部关真佐子教授、板野智昭教授、佐井一总（硕士课程（当时））、丹下祐希（硕士课程（当时））、西山朋宏（硕士课程）、冈山大学学术研究院环境生命自然科学域铃木大介教授、凑遥香讲师（特任）等研究小组明确了微流道内粒子的聚焦模式会随着粒子的惯性和变形性发生戏剧性的变化。实验证明，较硬颗粒聚集在流道壁附近，而较软水凝胶颗粒聚集在流道截面的中心或对角线上。
此外，通过利用超级计算机“富岳”的计算机模拟和基于新理论模型的分析，制作了以毛细孔数为参数图，使聚焦模式发生戏剧性变化“相变”的条件及其背后的物理结构。该成果与利用液体中细胞和粒子变形性的新一代微流体设备开发相关，作为高效细胞筛选技术，有望应用于癌症早期发现等医学工程领域。
该研究成果已于2025年9月18日发表在流体力学专业学术杂志
「Journal of Fluid Mechanics」上。

【广畑佑真（博士后期课程）评语】

因施加在粒子上的力非常小，运动缓慢，即使使用“富岳”也需要很多计算时间。另外，影响的条件很多，计算了很多参数，终于简单易懂地整理出来。能够用一定的理论来表现复杂的流体现象，这让我感到很有趣，同时，将来有可能作为一种新粒子筛选方法对社会有用，非常具有意义

特记事项
　本研究成果于2025年９月１８日刊登在流体力学专业学术杂志「Journal of Fluid Mechanics」（在线）。
题目：“Experimental and numerical study on the inertial migration of hydrogel particles suspended in square channel flows”
作者：Hirohata, Y., Sai, K., Tange, Y., Nishiyama, T., Minato, H., Suzuki, D., Itano, T., Sugiyama, K. and Sugihara-Seki, M.
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1017/jfm.2025.10574
　另外，本研究的一部分由日本学术振兴会科学研究费补助金（JP20H02072、 HP24K00809）、科学技术振兴机构下一代研究人员挑战研究计划（JPMJSP2138）支援下进行的。计算机模拟的一部分，理化学研究所计算科学研究中心“富岳”（HPCI System Research Project hp220106）、大阪大学D3中心“SQUID”、九州大学信息基础研究开发中心“玄界”而实施。

＜详细研究内容＞
解析微通道中柔软粒子的聚集方式——超级计算机“富岳”揭示细胞筛选的新原理

＜咨询窗口＞
＜关于研究＞
大阪大学 研究生院基础工学研究科 教授　杉山 和靖
TEL: 06-6850-6165
＜关于宣传＞
大阪大学 基础工学研究科　庶务系
TEL: 06-6850-6131 FAX: 06-6850-6477
　　　理化学研究所 宣传部 报道担当
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