生体材料３Ｄプリント技術を拓く動的界面力学研究拠点

• 研究概要

  高機能性マイクロジェットに代表される動的界面制御技術研究を出発点とする，学問分野「動的界面力学」の世界的研究拠点を形成する．特に，流体力学・化学工学・応用数学を融合させた本研究拠点ならではというアプローチを確立する．本研究期間では，モデル課題として「伸縮性を有する生体適合性材料の3Dプリント技術開発」を設定し，既存の学問の枠組みでは困難であった新規技術の開発を目指す

  

• 研究目的

  3Dプリント技術は，仮想空間と現実空間を融合する「未来型ものづくり」のコア技術として期待されている．しかし，現状では生体適合性などを有する機能性材料の吐出制御が困難であり，応用の大きな障害となっている．この主要因は，大変形する材料界面（動的界面）の物性がその変形速度に大きく依存するために動的界面の制御が困難であるからである．そこで我々が開発した高機能性マイクロジェット吐出技術を用いる．これは，界面変形速度にして従来の約500倍という大変形条件下における動的界面制御を達成するものである．この先端技術を活用し，本学を世界的研究拠点とする動的界面力学分野の創生へ挑戦する．
  本研究において取り組むモデル課題「伸縮性を有する生体適合性材料の3Dプリント技術開発」に対し，以下のサブテーマを設定する．
  １．軟質材料への液滴着弾・飛散挙動に見られる動的界面の分離モデルの開発
  ２．軟質材料の損傷モデルの開発
  ３．応力負荷方向による界面力学の変化（界面異方性）の定量化
  ４．界面高速大変形時の動的界面レオロジー計測手法の開発

• 研究計画

  平成31年度は，本チーム計画の初年度であり，サブテーマ１「軟質材料への液滴着弾挙動に見られる動的界面の分離モデルの開発」に取り組む．
  まず，液滴着弾挙動に関し，液滴と非線形性の強い連続体である軟質材料との相互作用を流体—構造錬成問題として数学的にアプローチする．次に動的界面の分離現象に対する実験・理論構築を行う．ここで実験においては，本チームですでに実績があり見通しは明るい．これらのモデル化は流体力学分野に留まらない重要な課題であり，インパクトの高い国際共著論文を発表できると考える．
  なお次年度以降（サブテーマ２〜４）に向けて，機能性流体（複雑流体）の界面レオロジーに関する知見の集積を始める．具体的には，「界面高速大変形時の動的界面レオロジー計測手法の開発」を行う．また，本モデル課題が対象とする生体材料がナノポーラス体としてモデル化される材料であることから，ナノ界面操作の視点から実験・制御手法の開発を並行して行う．

その他の研究者

長津　雄一郎　（工学研究院・教授）
木山　景仁　（グローバルイノベーション研究院・特任助教）　(2019.04.01 – 2020.03.31)