卒業研究発表会で用いたスライドです。

1. マイクロゲルビーズによる
赤血球再現および分散液の
流動特性評価
流体物性研究室

2. マイクロゲルビーズによる
赤血球再現および分散液の流動特性評価

3. 研究背景
血液の粘度特性は、血球成分の大きさ・
形状・弾力などによって変化することが知ら
れている。そこで、血液の流動特性（粘度と
ずり速度の関係性）を調べることにより、病
変の発見や健康状態の判定につながると
考えた。
本研究では血液粘度の大きな要因である
赤血球に焦点を当てる。 マイクロゲルビー
ズで赤血球を再現し、条件を変えながら粘
度を計測し、その流動特性から粘度を決定
する要因を調べる。
「血液のレオロジーと血流」
菅原基晃、前田信治
（日本生体医工学会編）

4. 実験
インクジェット装置でノズルから溶液を飛ばし、空中でぶ
つける。このとき、表面張力差により塩化カルシウム溶
液がアルギン酸ナトリウム溶液を覆うように反応するこ
とで、外側でのみ反応するため膜構造が形成され、微
小なビーズが生成される
図1 インクジェット装置
アルギン酸ナトリウム水溶液は濃度0.125, 0.25, 0.35, 0.5%
塩化カルシウム水溶液は濃度5%に調節した後、エタノールを0.2mol/Lに
なるよう添加
顕微鏡で大きさ観察、粘度測定

5. 図４ 作成したゲルビーズ

6. 空中で生成されたゲルビーズは、残存溶液中
にそのまま分散するが、10分程度静置しておく
と、図2のように沈殿した。
その後、沈殿部分からピペットを用いて試験管
に採取し、ビーズ分率を調整するために遠心
分離機を用いて、図3のように再凝集させた。
超音波の振動装置で、凝集したビーズを再分
散させてから、粘度測定用の容器に移した。
このように、凝集と分散を繰り返すことができ
る性質は、赤血球と同等である。
図2 ゲルビーズ分散液
図3 遠心分離した後の分散液

7. 分散液に対するビーズの割合による比較
• 分散液に対するゲルビーズの割合
30, 50, 60, 70％
• アルギン酸ナトリウム水溶液 0.25％
• ビーズの大きさ 約60µm
• どの割合においても、ずり速度が低くなるにつ
れて粘度が高く なるシアーシニング挙動が観測
できた
• ビーズの割合が上がるにつれて粘度曲線が上
側にシフトし、低ずり速度領域においての粘度
の上がり具合が顕著である
• 分散液に対するビーズ分率が高いほど、容積
が大きくなり、粘度が上昇すると考えられる
図5 分散液に対するゲルビーズの割合による
ずり速度-粘度グラフ

8. • 図5は牛の血液のグラフと形が近いグ
ラフを得ることができた。
• しかし、図5と図6を比較すると、全体
的な粘度は我々の実験結果より大き
くなっている。
• 牛の赤血球の直径は約6μmである。
図5のビーズの大きさを牛の赤血球
の大きさに近づけていくと、大きさ比
較の実験(図7)より全体的な粘度は上
がっていくと予測できる。
• よって、赤血球再現をできたと言える。
図６ 牛の血液のヘマトクリット値による
ずり速度-粘度グラフ

9. ビーズの大きさ比較
• 分散液に対するゲルビーズの割合 50％
• アルギン酸ナトリウム水溶液 0.25％
• ビーズの大きさ 約60, 80, 90µm
• ビーズが小さいことで凝集度が高くな り、
実質ビーズの個数は多くなるため粘度が
高く なる。
• ビーズの大きさと分散液に対するビーズ
の割合は、 今回の実験では密接に関係
があると考えられる。厳密な測定では
ビーズの個数を検討することが要される。
図７ ゲルビーズの大きさによるずり速度-粘度グラフ

10. アルギン酸ナトリウムの濃度比較
• 分散液に対するゲルビーズの割合
50%
• アルギン酸ナトリウム水溶液
0.125, 0.25, 0.35, 0.5%
• ビーズの大きさ 約80µm
• 0.125%は反応が起こらなかった。
• アルギン酸ナトリウムの濃度を高くすると
粘度は上昇する。膜厚や硬さが増すと考
えられ、ビーズが変形しにくいほど、流体
力学的な有効容積が大きくなる。このた
め硬いほど粘度が上昇すると考えられる。
図８ アルギン酸ナトリウムの濃度による
ずり速度-粘度グラフ

11. • 血液の粘度が上昇する赤血球が関わる要因として、ヘマトクリット・
変形能・凝集能が挙げられる。濃度比較の実験では、ビーズの割合
（ヘマトクリット）を揃え、凝集能は無視できるため、今回の実験結果
は変形能に起因するものだと推測できる。
• 変形能は内部粘度に影響される。今回は内部のアルギン酸ナトリウ
ムの濃度が高くなり、ビーズが変形しにくくなり粘度が高くなったと考
える。

12. まとめ
粘度が高くなる条件
• ビーズが小さくなる
• 分散液に対するビーズの割合が高くなる
• アルギン酸ナトリウム水溶液の濃度が高くなる
ゲルビーズは赤血球と似た挙動を示す