顔写真

オオモリ　トシヒロ
大森　俊宏
Toshihiro Omori
所属
大学院工学研究科　ファインメカニクス専攻　バイオメカニクス講座（生体流体力学分野）
職名
准教授
学位

  • 博士（医工学）（東北大学）

  • 修士（工学）（東北大学）

経歴 3

  • 2023年10月 ～ 継続中
    東北大学　工学部 機械知能・航空工学科　准教授

  • 2014年4月 ～ 2023年9月
    東北大学　工学部 機械知能・航空工学科　助教

  • 2012年4月 ～ 2014年3月
    東北大学　工学部　特任助教

委員歴 9

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　第35回バイオエンジニアリング講演会実行委員

    2023年6月 ～ 2023年6月

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　運営委員

    2018年4月 ～ 2021年3月

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　若手による次世代戦略委員会

    2018年4月 ～ 2021年3月

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　広報委員

    2012年4月 ～ 2014年3月

  • 9th World Congress of Biomechanics　Session Moderator

    2022年7月 ～

  • The 11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　Program Committee

    2021年12月 ～

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　第31回バイオフロンティア講演会実行委員

    2020年12月 ～

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　第30回バイオフロンティア講演会実行委員

    2019年7月 ～

  • 日本機械学会バイオエンジニアリング部門　第26回バイオエンジニアリング講演会実行委員

    2014年1月 ～

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所属学協会 2

  • アメリカ物理学会

  • 日本機械学会

研究キーワード 1

  • 計算生体力学

研究分野 3

  • 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理 /

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学 /

  • ライフサイエンス / 生体医工学 /

受賞 13

  1. ディスティングイッシュトリサーチャー

    2022年5月　東北大学

  2. 文部科学大臣表彰若手科学者賞

    2022年4月　文部科学省

  3. Papers of the Year 2018

    2019年4月　Journal of Biomechanical Science and Engineering

  4. 青葉工学研究奨励賞

    2018年12月　一般財団法人青葉工学振興会

  5. Yamaguchi Medal

    2017年7月　Asian-Pacific Association for Biomechanics

  6. 瀬口賞

    2017年1月　日本機械学会バイオエンジニアリング部門

  7. 日本機械学会奨励賞

    2014年4月　日本機械学会

  8. Best Abstract Award

    2023年11月　12th Asian Pacific Conference on Biomechanics

  9. Subject Collection in Comparative Biomechanics of Movement

    2020年3月　Journal of Experimental Biology

  10. Outstanding Presentation 表彰

    2018年12月　日本機械学会バイオエンジニアリング部門

  11. 第62回理論応用力学講演会優秀講演賞

    2013年3月

  12. Presentation Award

    2009年12月　3rd East-Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering

  13. Poster Finalist

    2008年9月　Bioengineering 08

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論文 47

  1. Computational Fluid Dynamics of Swimming Microorganisms 招待有り 査読有り

    T. Omori, T. Ishikawa

    Journal of Physical Society of Japan　92　(12)　121002　2023年9月

    DOI： 10.7566/JPSJ.92.121002 　

  2. Flow-induced diffusion in a packed lattice of squirmers 査読有り

    Y. Kogure, T. Omori, T. Ishikawa

    Journal of Fluid Mechanics　971　A17　2023年9月

    DOI： 10.1017/jfm.2023.651 　

  3. Biophysical analysis of mechanical signals in immotile cilia of mouse embryonic nodes using advanced microscopic techniques 査読有り

    Takanobu A. Katoh, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Hiroshi Hamada

    Bio-protocol　13　(14)　e4715　2023年

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.21769/bioprotoc.4715 　

    ISSN：2331-8325

  4. Immotile cilia mechanically sense the direction of fluid flow for left-right determination 査読有り

    Takanobu A. Katoh, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Xiaorei Sai, Katsura Minegishi, Yayoi Ikawa, Hiromi Nishimura, Takeshi Itabashi, Eriko Kajikawa, Sylvain Hiver, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada

    Science　379　(6627)　66-71　2023年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1126/science.abq8148 　

    ISSN：0036-8075

    eISSN：1095-9203

  5. Inertial migration of red blood cells under a Newtonian fluid in a circular channel 査読有り

    Naoki Takeishi, HiroshiYamashita, Toshihiro Omori, Naoto Yokoyama, Shigeo Wada, Masako Sugihara-Seki

    Journal of Fluid Mechanics　952　A35　2022年11月

    DOI： 10.1017/jfm.2021.921 　

  6. Self-sustaining oscillation of two axonemal microtubules based on a stochastic bonding model between microtubules and dynein 査読有り

    T. Omori, S. Munakata, T. Ishikawa

    Physical Review E　106　(1)　014402　2022年7月7日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/physreve.106.014402 　

    ISSN：2470-0045

    eISSN：2470-0053

  7. Soft Microswimmer Powered by Fluid Oscillation 査読有り

    Takuji Ishikawa, Takeru Morita, Toshihiro Omori

    Journal of Robotics and Mechatronics　34　(2)　298-300　2022年4月20日

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.20965/jrm.2022.p0298 　

    ISSN：0915-3942

    eISSN：1883-8049

  8. Rheotaxis and migration of an unsteady microswimmer 国際共著 査読有り

    T. Omori, K. Kikuchi, M. Schmitz, M. Pavlovic, C.-H. Chuang, T. Ishikawa

    Journal of Fluid Mechanics　930　A30　2022年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1017/jfm.2021.921 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

  9. Impact of rheological properties on bacterial streamer formation 査読有り

    Hiroki Kitamura, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Journal of the Royal Society Interface　18　(183)　20210546　2022年

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1098/rsif.2021.0546 　

    eISSN：1742-5662

  10. Axial and non-axial migration of red blood cells in a microchannel 査読有り

    Naoki Takeishi, Hiroshi Yamashita, Toshihiro Omori, Naoto Yokoyama, Masako Sugihara-Seki

    Micromachines　12　(10)　1162-1162　2022年

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.3390/mi12101162 　

    eISSN：2072-666X

  11. Cilia and centrosomes: Ultrastructural and mechanical perspectives 招待有り 査読有り

    Takuji Ishikawa, Hironori Ueno, Toshihiro Omori, Kenji Kikuchi

    Seminars in Cell & Developmental Biology　110　61-69　2021年2月

    出版者・発行元：Elsevier BV

    DOI： 10.1016/j.semcdb.2020.03.007 　

    ISSN：1084-9521

  12. Swimming microorganisms acquire optimal efficiency with multiple cilia 査読有り

    Toshihiro Omori, Hiroaki Ito, Takuji Ishikawa

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America　117　(48)　30201-30207　2020年12月

    DOI： 10.1073/pnas.2011146117 　

  13. Bacterial Biomechanics - From Individual Behaviors to Biofilm and the Gut Flora - 国際誌 招待有り 査読有り

    Takuji Ishikawa, Toshihiro Omori, Kenji Kikuchi

    Applied Physical Letters Bioengineering　4　(4)　041504-041504　2020年10月

    DOI： 10.1063/5.0026953 　

  14. Elasto-hydrodynamic interaction of two swimming spermatozoa 招待有り 査読有り

    Nanami Taketoshi, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Physics of Fluids　32　101901　2020年9月

    DOI： 10.1063/5.0022107 　

  15. Active droplet driven by a collective motion of enclosed microswimmers 査読有り

    Zhihian Huang, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Physical Review E　102　022603　2020年8月

    DOI： 10.1103/PhysRevE.102.022603 　

  16. Hydrodynamic interaction of two deformable torque swimmers 査読有り

    Hitomu Matsui, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Journal of Fluid Mechanics　894　A9　2020年7月10日

    出版者・発行元：Cambridge University Press (CUP)

    DOI： 10.1017/jfm.2020.272 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

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  17. Rheology of a dilute suspension of deformable microswimmers 招待有り 査読有り

    Hitomu Matsui, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Physics of Fluids　32　(7)　071902-071902　2020年7月1日

    出版者・発行元：AIP Publishing

    DOI： 10.1063/5.0010558 　

    ISSN：1070-6631

    eISSN：1089-7666

  18. Shape matters: entrapment of a model ciliate at interfaces 査読有り

    Junichi Manabe, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Journal of Fluid Mechanics　892　A15　2020年6月10日

    出版者・発行元：Cambridge University Press (CUP)

    DOI： 10.1017/jfm.2020.160 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

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  19. Harnessing random low Reynolds number flow for net migration 査読有り

    Takeru Morita, Toshihiro Omori, Yohei Nakayama, Shoichi Toyabe, Takuji Ishikawa

    Physical Review E　101　(6)　063101　2020年6月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevE.101.063101 　

    ISSN：2470-0045

    eISSN：2470-0053

  20. The shape effect of flagella is more important than bottom-heaviness on passive gravitactic orientation in Chlamydomonas reinhardtii. 国際誌 査読有り

    Azusa Kage, Toshihiro Omori, Kenji Kikuchi, Takuji Ishikawa

    Journal of Experimental Biology　223　(5)　jeb205989　2020年3月3日

    DOI： 10.1242/jeb.205989 　

  21. Swimming mediated by ciliary beating: Comparison with a squirmer model 査読有り

    Hiroaki Ito, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Journal of Fluid Mechanics　874　774-796　2019年

    DOI： 10.1017/jfm.2019.490 　

  22. Shear-induced migration of a transmembrane protein within a vesicle 査読有り

    Koyo Nakamura, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Biophysical Journal　116　1483-1494　2019年

    DOI： 10.1016/j.bpj.2019.03.017 　

  23. Swimming of spermatozoa in a Maxwell fluid 査読有り

    Toshhiro Omori, Takuji Ishikawa

    Micromachines　10　78-87　2019年1月

    DOI： 10.3390/mi10020078 　

  24. Biaxial fluid oscillations can propel a microcapsule swimmer in an arbitrary direction 査読有り

    Takeru Morita, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Physical Review E　98　063102　2018年12月

    DOI： 10.1103/PhysRevE.98.063102 　

  25. Passive swimming of a microcapsule in vertical fluid oscillation 査読有り

    Takeru Morita, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Physical Review E　98　023108　2018年8月

    DOI： 10.1103/PhysRevE.98.023108 　

  26. Simulation of the nodal flow of mutant embryos with small number of cilia: comparison of mechanosensing and vesicle transport hypotheses 査読有り

    Toshihiro Omori, Katja Winter, Kyosuke Shinohara, Hiroshi Hamada, Takuji Ishikawa

    Royal Society Open Science　5　180601　2018年8月

    DOI： 10.1098/rsos.180601 　

  27. Asymmetry in cilia configuration induces hydrodynamic phase locking 査読有り

    Keiji Okumura, Seiya Nishikawa, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Atsuko Takamatsu

    Physical Review E　97　(3)　032411　2018年3月20日

    出版者・発行元：American Physical Society

    DOI： 10.1103/PhysRevE.97.032411 　

    ISSN：2470-0053 2470-0045

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    To gain insight into the nature of biological synchronization at the microscopic scale, we here investigate the hydrodynamic synchronization between conically rotating objects termed nodal cilia. A mechanical model of three rotating cilia is proposed with consideration of variation in their shapes and geometrical arrangement. We conduct numerical estimations of both near-field and far-field hydrodynamic interactions, and we apply a conventional averaging method for weakly coupled oscillators. In the nonidentical case, the three cilia showed stable locked-phase differences around ±π/2. However, such phase locking also occurred with three identical cilia when allocated in a triangle except for the equilateral triangle. The effects of inhomogeneity in cilia shapes and geometrical arrangement on such asymmetric interaction is discussed to understand the role of biological variation in synchronization via hydrodynamic interactions.

  28. Elastohydrodynamic phase-lock in two rotating cilia 査読有り

    Toshihiro OMORI, Mingming LU, Takuji ISHIKAWA

    Journal of Biomechanical Science and Engineering　13　17-00467　2018年

    DOI： 10.1299/jbse.17-00467 　

  29. Nodal cilia-driven flow: Development of a computational model of the nodal cilia axoneme 査読有り

    T. Omori, H. Sugai, Y. Imai, T. Ishikawa

    Journal of Biomechanics　61　242-249　2017年8月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.jbiomech.2017.07.025 　

    ISSN：0021-9290

    eISSN：1873-2380

  30. Cell adhesion during bullet motion in capillaries 査読有り

    Naoki Takeishi, Yohsuke Imai, Shunichi Ishida, Toshihiro Omori, Roger D. Kamm, Takuji Ishikawa

    American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology　311　(2)　H395-H403　2016年8月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1152/ajpheart.00241.2016 　

    ISSN：0363-6135

    eISSN：1522-1539

  31. Numerical methods for simulating blood flow at macro, micro, and multi scales 査読有り

    Yohsuke Imai, Toshihiro Omori, Yuji Shimogonya, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Journal of Biomechanics　49　(11)　2221-2228　2016年7月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1016/j.jbiomech.2015.11.047 　

    ISSN：0021-9290

    eISSN：1873-2380

  32. Upward swimming of a sperm cell in shear flow 査読有り

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Physical Review E　93　(3)　032402　2016年3月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevE.93.032402 　

    ISSN：2470-0045

    eISSN：2470-0053

  33. Nutrient uptake in a suspension of squirmers 査読有り

    Takuji Ishikawa, Shunsuke Kajiki, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    Journal of Fluid Mechanics　789　481-499　2016年2月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1017/jfm.2015.741 　

    ISSN：0022-1120

    eISSN：1469-7645

  34. A numerical model of a red blood cell infected by Plasmodium falciparum malaria: coupling cell mechanics with ligand-receptor interactions 査読有り

    Shunichi Ishida, Yohsuke Imai, Yuki Ichikawa, Stephanie Nix, Daiki Matsunaga, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Science and Technology of Advanced Materials　17　(1)　454-461　2016年

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1080/14686996.2016.1211462 　

    ISSN：1468-6996

    eISSN：1878-5514

  35. Deformation of a micro-torque swimmer 査読有り

    Takuji Ishikawa, Tomoyuki Tanaka, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori, Daiki Matsunaga

    Proceedings of the Royal Society A: Mathematical Physical and Engineering Sciences　472　(2185)　20150604　2016年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1098/rspa.2015.0604 　

    ISSN：1364-5021

    eISSN：1471-2946

  36. Shape matters: Near-field fluid mechanics dominate the collective motions of ellipsoidal squirmers 査読有り

    K. Kyoya, D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Ishikawa

    Physical Review E　92　(6)　063027　2015年12月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevE.92.063027 　

    ISSN：1539-3755

    eISSN：1550-2376

  37. Hemodynamics in the Microcirculation and in Microfluidics 招待有り 査読有り

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Kenji Kikuchi, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi

    Annals of Biomedical Engineering　43　(1)　238-257　2015年1月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1007/s10439-014-1180-8 　

    ISSN：0090-6964

    eISSN：1573-9686

  38. Hydrodynamic interaction between two red blood cells in simple shear flow: its impact on the rheology of a semi-dilute suspension 査読有り

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi

    Computational Mechanics　54　(4)　933-941　2014年10月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1007/s00466-014-0997-1 　

    ISSN：0178-7675

    eISSN：1432-0924

  39. Numerical analysis of a red blood cell flowing through a thin micropore 査読有り

    Toshihiro Omori, Haruki Hosaka, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Physical Review E　89　(1)　013008-1-013008-7　2014年1月13日

    出版者・発行元：AMER PHYSICAL SOC

    DOI： 10.1103/PhysRevE.89.013008 　

    ISSN：1539-3755 1550-2376

    eISSN：2470-0053

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    Red blood cell (RBC) deformability plays a key role in microcirculation, especially in vessels that have diameters even smaller than the nominal cell size. In this study, we numerically investigate the dynamics of an RBC in a thin micropore. The RBC is modeled as a capsule with a thin hyperelastic membrane. In a numerical simulation, we employ a boundary element method for fluid mechanics and a finite element method for membrane mechanics. The resulting RBC deformation towards the flow direction is suppressed considerably by increased cytoplasm viscosity, whereas the gap between the cell membrane and solid wall becomes smaller with higher cytoplasm viscosity. We also measure the transit time of the RBC and find that nondimensional transit time increases nonlinearly with respect to the viscosity ratio, whereas it is invariant to the capillary number. In conclusion, cytoplasmic viscosity plays a key role in the dynamics of an RBC in a thin pore. The results of this study will be useful for designing a microfluidic device to measure cytoplasmic viscosity. © 2014 American Physical Society.

  40. A full GPU implementation of a numerical method for simulating capsule suspensions 査読有り

    Daiki Matsunaga, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi

    Journal of Biomechanical Science and Engineering　9　(3)　1-16　2014年

    出版者・発行元：Japan Society of Mechanical Engineers

    DOI： 10.1299/jbse.14-00039 　

    ISSN：1880-9863

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    Although boundary element (BE) based methods are highly accurate for simulating capsule suspensions in Stokes flows, computational time has been a major issue, even when only a few capsules are simulated. We propose a full graphics processing unit (GPU) implementation of a numerical method coupling the BE method of fluid mechanics with the finite element method of membrane mechanics. In single GPU computing, the performance achieves 0.12 TFlop/s when computing one capsule (2562 nodes and 5120 elements) and 0.29 TFlop/s for two capsules. The performance increases with the number of capsules, achieving a maximum of 0.59 TFlop/s. We also implement a multi-GPU method with the data communication overlapping the computation. A weak scaling test shows perfect scalability for any number of computational nodes per GPU, indicating that the communication time is completely hidden. For a practical use of the present results, we estimate the computational time required for 10000 time steps. When we simulate one capsule and two capsules on one GPU, only 2.0 and 9.1 minutes are required to complete the simulation, respectively, and a simulation with 256 capsules on 16 GPUs takes 3.8 days.

  41. Shear-induced diffusion of red blood cells in a semi-dilute suspension 査読有り

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Journal of Fluid Mechanics　724　154-174　2013年6月10日

    DOI： 10.1017/jfm.2013.159 　

    ISSN：0022-1120 1469-7645

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    The diffusion of red blood cells (RBCs) in blood is important to the physiology and pathology of the cardiovascular system. In this study, we investigate flow-induced diffusion of RBCs in a semi-dilute system by calculating the pairwise interactions between RBCs in simple shear flow. A capsule with a hyperelastic membrane was used to model an RBC. Its deformation was resolved using the finite element method, whereas fluid motion inside and outside the RBC was solved using the boundary element method. The results show that shear-induced RBC diffusion is significantly anisotropic, i.e. the velocity gradient direction component is larger than the vorticity direction. We also found that the motion of RBCs during the interaction is strongly dependent on the viscosity ratio of the internal to external fluid, and the diffusivity decreases monotonically as the viscosity ratio increases. The scaling argument also suggests that the diffusivity is proportional to the shear rate and haematocrit, if the suspension is in a semi-dilute environment and the capillary number is invariant. These fundamental findings are useful to understand transport phenomena in blood flow. © 2013 Cambridge University Press.

  42. Membrane tension of red blood cells pairwisely interacting in simple shear flow 査読有り

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi

    Journal of Biomechanics　46　(3)　548-553　2013年2月1日

    DOI： 10.1016/j.jbiomech.2012.09.017 　

    ISSN：0021-9290 1873-2380

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    Flow-induced membrane tension contributes to the release of molecules by red blood cells (RBCs), and extremely high tension may cause haemolysis. Here, we investigated the membrane tension of RBCs during pairwise interactions in simple shear flow, given that pairwise interactions form the basis of many-body interactions. RBCs were modelled as capsules with a two-dimensional hyperelastic membrane, and large deformations were solved by the finite element method. Due to the small size of the RBCs, surrounding fluid motion was estimated as a Stokes flow and solved by the boundary element method. The results showed that the maximum isotropic tension appeared around the dimple of the biconcave surface and not around the rim. A comparison of the results with solitary cases indicated that the maximum principal tension and isotropic tension were significantly increased by cell-cell interaction effects. As the volume fraction of RBCs is large under physiological conditions, as well as in blood flow in vitro, cell-cell interactions must be analysed carefully when considering mechanotransduction and haemolysis in blood flow. © 2012 Elsevier Ltd.

  43. Tension of red blood cell membrane in simple shear flow 査読有り

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, A. -V. Salsac, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Physical Review E　86　(5)　056321-1-056321-9　2012年11月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevE.86.056321 　

    ISSN：1539-3755

  44. Reorientation of a Nonspherical Capsule in Creeping Shear Flow 査読有り

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Physical Review Letters　108　(13)　138102-1-138102-5　2012年3月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevLett.108.138102 　

    ISSN：0031-9007

  45. Comparison between spring network models and continuum constitutive laws: Application to the large deformation of a capsule in shear flow 査読有り

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, A. -V. Salsac, J. Walter, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Physical Review E　83　(4)　41918-1-41918-11　2011年4月

    出版者・発行元：None

    DOI： 10.1103/PhysRevE.83.041918 　

    ISSN：1539-3755

  46. Immotile cilia of the mouse node sense a fluid flow–induced mechanical force for left-right symmetry breaking

    Takanobu A. Katoh, Toshihiro Omori, Katsutoshi Mizuno, Xiaorei Sai, Katsura Minegishi, Yayoi Ikawa, Hiromi Nishimura, Takeshi Itabashi, Eriko Kajikawa, Sylvain Hiver, Atsuko H. Iwane, Takuji Ishikawa, Yasushi Okada, Takayuki Nishizaka, Hiroshi Hamada

    2022年4月12日

    出版者・発行元：Cold Spring Harbor Laboratory

    DOI： 10.1101/2022.04.11.487968 　

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    Immotile cilia of crown cells at the node of mouse embryos are required for sensing of a leftward fluid flow<sup>1</sup> that gives rise to the breaking of left-right (L-R) symmetry<sup>2</sup>. The flow-sensing mechanism has long remained elusive, however, with both mechanosensing and chemosensing models having been proposed<sup>1, 3–5</sup>. Here we show that immotile cilia at the mouse node respond to mechanical force. In the presence of a leftward flow, immotile cilia on the left side of the node bend toward the ventral side whereas those on the right side bend toward the dorsal side. Application of mechanical stimuli to immotile cilia along the dorsoventral axis by optical tweezers induced Ca<sup>2+</sup> transients and degradation of Dand5 mRNA—the first known L-R asymmetric molecular events—in the targeted cells. The Pkd2 channel protein was found to be preferentially localized to the dorsal side of immotile cilia on both left and right sides of the node, and the observed induction of Ca<sup>2+</sup> transients preferentially by mechanical stimuli directed toward the ventral side could explain the differential response of immotile cilia to the directional flow. Our results thus suggest that immotile cilia at the node sense the direction of fluid flow in a manner dependent on a flow-generated mechanical force.

  47. Flow-induced deformation of a capsule in unbounded stokes flow 査読有り

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi

    Lecture Notes in Computational Vision and Biomechanics　12　101-117　2014年

    出版者・発行元：Kluwer Academic Publishers

    DOI： 10.1007/978-94-007-7769-9_6 　

    ISSN：2212-9413 2212-9391

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    Dynamics of deformable capsules in fluid flow is great interest in chemical engineering, bioengineering, and food industry. To investigate the motion and deformation of a capsule, both the fluid mechanics of the internal and external liquids and the solid mechanics of the membrane must be solved precisely. To express the elastic behaviours of the solid membrane, two different kinds of modelling are commonly used. One is a continuum constitutive law and the other is a discrete spring network model. This study first examines the correlations between the mechanical properties of the discrete spring network model and those of continuum constitutive laws. We also derive the relationships between the spring constant and continuum properties, such as Young modulus, Poisson ratio, area dilation modulus, and shear elastic modulus. Next, we investigate the motion and deformation of a capsule in simple shear flow. Especially, we analyze the dynamics of a non-spherical capsule in shear. In the absence of inertia effect of fluid motions, a boundary element method is used to compute the internal and external Stokes flow. The results show that the orientation of a non-spherical capsule is variant under time reversal, though that of a rigid particle is invariant. Interestingly, the alignment of a non-spherical capsule over a long time duration shows a transition depending on the shear rate.

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MISC 81

  1. 計算バイオメカニクス

    大森俊宏

    日本機械学会年鑑 (担当：計算力学部門計算バイオメカニクス)　2023年

  2. FLUID-STRUCTURE INTERACTIONS OF NODAL CILIA AXONEME 査読有り

    Toshihiro Omori, Hiroto Sugai, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    8th International Conference on Fluid Mechanics (ICFM8)　S10BM0-04　2018年9月

  3. Microscale Flow Dynamics of Red Blood Cells in Microchannels: An Experimental and Numerical Analysis 招待有り 査読有り

    R. Lima, M. Nakamura, T. Omori, T. Ishikawa, S. Wada, T. Yamaguchi

    ADVANCES IN COMPUTATIONAL VISION AND MEDICAL IMAGE PROCESSING: METHODS AND APPLICATIONS　13　203-+　2009年

    出版者・発行元：SPRINGER

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    The blood flow dynamics in microcirculation depends strongly on the motion, deformation and interaction of red blood cells (RBCs) within the microvessel. We present confocal micro-PTV measurements on the motion of individual RBCs through a circular polydimethysiloxane (PDMS) microchannel. The RBC radial displacement and dispersion calculated from these measurements show that the RBC paths are strongly dependent on the both Hct and plasma layer. In order to obtain more detailed information of the non-Newtonian property of blood a novel computational scheme is also described. The simulated flow dynamics were in good agreement with the Casson flow model and in vivo observations. In the near future by comparing both results we hope to clarify a variety of complex phenomena occurring at the microscale level.

  4. Micro-capsule swimmer controlled by flow oscillations

    T. Morita, T. Omori, T. Ishikawa

    Bulletin of the American Physical Society, DFD 2018　63　(13)　540　2018年11月

  5. Hydrodynamics of ciliate swimming revealed by individual ciliary motions

    H. Ito, T. Omori, T. Ishikawa

    Bulletin of the American Physical Society, DFD 2018　63　(13)　341　2018年11月

  6. Flow-induced transport of a membrane protein on vesicle surface

    K. Nakamura, T. Omori, T. Ishikawa

    Bulletin of the American Physical Society, DFD 2018　63　(13)　205　2018年11月

  7. A NUMERICAL SIMULATION OFSWIMMING SPERMATOZOA 査読有り

    N. Taketoshi, T. Omori, T. Ishikawa

    8th International Conference on Fluid Mechanics (ICFM8)　S10BM0-02　2018年9月

  8. Locomotion mechanism of microcapsele using flow oscillation

    Takeru Morita, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    The Seven International Symposium on Aero Aqua Bio-mechanisms ISABMEC 2018　44　2018年9月

  9. Computational study of the nodal flow with a small number of cilia: comparison of mechanosensing and vesicle transport hypotheses

    Toshihiro Omori, Kyosuke Shinohara, Hiroshi Hamada, Takuji Ishikawa

    8th World Congress of Biomechanics　O0636　2018年7月

  10. NUMERICAL SIMULATION OF A SPERM CELL IN SHEAR FLOW NEAR AN INFINITE BOUNDARY WALL

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Abstracts Book of the 16th International Conference on Biomedical Engineering　34　2016年12月

  11. Numerical analysis of cell adhesion in capillary flow

    NAOKI TAKEISHI, YOHSUKE IMAI, SHUNICHI ISHIDA, TOSHIHIRO OMORI, ROGER KAMM, TAKUJI ISHIKAWA

    The 69th Annual Meetin g of The American Physical Society, Bulletin of the American Physical Society, DED 2016　61　72　2016年11月

  12. Rheotaxis of a Sperm Cell in Shear Flow Near an Infinite Plane Wall, The 7th International Conference on Computational Methods

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    The 7th International Conference on Computational Methods　MS-043　2016年8月

  13. Asymmetry of Arrangement Induces Phase Synchronization in Mouse Node Cilia

    Keiji Okumura, Seiya Nishikawa, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Atsuko Takamatsu

    26th IUPAP International conference on Statistical Physics　421　2016年7月

  14. Response to the Letter to the Editor "Hemodynamics in the Microcirculation" by A. G. Koutsiaris

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Kenji Kikuchi, Takuji Ishikawa, Takami Yamaguchi

    Annals of Biomedical Engineering　44　(4)　1323　2016年4月1日

    出版者・発行元：Springer New York LLC

    DOI： 10.1007/s10439-016-1570-1 　

    ISSN：1573-9686 0090-6964

  15. 1C46 気液または固液界面における繊毛虫の遊泳シミュレーション

    眞鍋 隼一, 大森 俊宏, 今井 陽介, 石川 拓司

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2016　(28)　"1C46-1"-"1C46-5"　2016年1月9日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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    Swimming behavior of microorganism near an interface is important to understand how to prevent bio-film formation, which can be a cause of medical instrument pollution. Recently, we found that a ciliate can be trapped at a water-air interface, though swims away from a water-wall interface. We conducted numerical simulation of swimming microorganism near an interface from hydrodynamic perspective, to reveal the entrapment mechanism. By mimicking microorganism shape in detail, our microorganism model reproduced entrapment phenomena for the first time in the world. We concluded that shape of a ciliate dominates the entrapment phenomena.

  16. 1C45 せん断流れ下における精子運動の数値計算

    大森 俊宏, 石川 拓司

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2016　(28)　"1C45-1"-"1C45-3"　2016年1月9日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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    A sperm cell is a flagellated cell and it can swim in a fluid by beating flagellum. Locomotion of a sperm cell is strongly affected by surrounding fluid flow, and recently rheotaxis of sperm cells was found experimentally. Fluid mechanics then becomes a subject of growing importance in sperm motility. In this study, we numerically investigate sperm cell behavior in shear flow near a plane wall to quantitatively understand how fluid mechanics affects on swimming of sperm cell. Due to the small size of sperm cells, inertia effects of fluid motion can be neglected and we assume Stokes flow around the cell. Flow field is then expressed by boundary integral equation and which is solved by a boundary element method. As a result, the sperm cell shows reorient to upstream and keeps on swimming against the fluid flow. This result suggests that fluid mechanics plays a key role in navigation of sperm cells towards the ovum, which is located upstream in the oviduct.

  17. 195 粘弾性流体中を泳ぐ精子の数値シミュレーション

    霜村 栄作, 大森 俊宏, 今井 陽介, 石川 拓司

    講演論文集　2016　(51)　187-188　2016年

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  18. 非対称配置による同質な3繊毛モデルでの位相同期

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集　71　(0)　2782-2782　2016年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会

    DOI： 10.11316/jpsgaiyo.71.2.0_2782 　

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    &lt;p&gt;マウス胚のノード繊毛は時計回りの回転運動をする。少数繊毛系等でこの回転運動が位相同期することが観測されている。我々は繊毛間の流体的な相互作用を境界要素法により数値的に求め、振動子モデルとして繊毛間の位相差を位相縮約法により解析した。本発表では同質な繊毛パラメータの場合、2繊毛系では位相同期が起こらない一方、3繊毛系では繊毛の空間的な配置の非対称性により位相同期が起こることを報告する。&lt;/p&gt;

  19. Deformable micro torque swimmer

    TAKUJI ISHIKAWA, TOMOYUKI TANAKA, TOSHIHIRO OMORI, YOHSUKE IMAI

    68th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics, Bulletin of the American Physical Society, DFD 2015　60　72　2015年11月1日

  20. B212 細胞骨格運動の数値シミュレーション(B2-3 数理・計算バイオメカニクス2)

    齊藤 史恭, 今井 陽介, 石田 駿一, 大森 俊宏, 石川 拓司

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2015　(26)　123-124　2015年10月1日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

    ISSN：1348-2939

  21. PS8-15 Mechanics of nodal cilia in early mouse embryo(PS8: Poster Short Presentation VIII,Poster Session)

    Omori Toshihiro, Sugai Hiroto, Imai Yohsuke, Ishikawa Takuji

    Proceedings of the ... Asian Pacific Conference on Biomechanics : emerging science and technology in biomechanics　2015　(8)　366-366　2015年9月16日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  22. PS3-7 DEVELOPMENT OF A NUMERICAL MODEL OF CYTOSKELETON DYNAMICS(PS3: Poster Short Presentation III,Poster Session)

    Saito Fumiyasu, Imai Yohsuke, Ishida Shunichi, Omori Toshihiro, Ishikawa Takuji

    Proceedings of the ... Asian Pacific Conference on Biomechanics : emerging science and technology in biomechanics　2015　(8)　268-268　2015年9月16日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  23. PS1-10 Swimming behavior of a model ciliate near a fluid-air or a fluid-solid interface(PS1: Poster Short Presentation I,Poster Session)

    Manabe Junichi, Omori Toshihiro, Imai Yohsuke, Ishikawa Takuji

    Proceedings of the ... Asian Pacific Conference on Biomechanics : emerging science and technology in biomechanics　2015　(8)　231-231　2015年9月16日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  24. Intergrated Computational Biomechanics of the Flow Phenomena in the Living Body

    Takami Yamaguchi, Yosuke Imai, Toshihiro Omori, Kenji Kikuchi, Takuji Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics (CFD) in Medicine and Biology II　2015年9月1日

  25. Mechanics of Nodal Cilia in Early Mouse Embryo

    Toshihiro Omori, Hiroto Sugai, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　PS8-15　2015年9月1日

  26. Development of a Numerical Model of Cytoskeleton Dynamics

    Fumiyasu Saito, Yohsuke Imai, Shunichi Ishida, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　PS3-7　2015年9月1日

  27. A Numerical Simulation of Cytoadhesion and Rosette Formation of Red Blood Cells Infected by Malaria

    Yohsuke Imai, Yuki Ichikawa, Shunichi Isida, Daiki Matsunaga, Stephanie Nix, Toshihiro Omori, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　OS2-2　2015年9月1日

  28. Simulations of a swimming microorganism near an fluid-air or an fluid-solid interface

    Junichi Manabe, Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics (CFD) in Medicine and Biology II　2015年9月1日

  29. Cellular Scale Physiological Flow: Active Swimming Sperm Cells and Passive Flowing Red Blood Cells

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi

    13th U.S. National Congress on Computational Mechanics　2015年7月1日

  30. Viscosity Reduction in Bimodal Suspensions of Two Types of Capsules

    Yohsuke Imai, Hiroki Ito, Daiki Matsunaga, Toshihiro Omori, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    13th U.S. National Congress on Computational Mechanics　2015年7月1日

  31. A Computational Study Of Red Blood Cells In Stokes Flow: From Single Cellular Mechanics To Suspension Rheology

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    SB3C2015　256　2015年6月1日

  32. Rheology of A Red Blood Cell Suspension Computing with A Boundary Element-Finite Element Coupled Method

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    The 18th International Conference on Finite Elements in Flow Problems FEF2015　23　2015年3月1日

  33. 1A16 ダイニンによって駆動するノード繊毛運動の数値計算(OS11-1:生体流れの計算バイオメカニクス:疾病の再現および診断・治療への応用(1))

    菅井 啓人, 大森 俊宏, 今井 陽介, 石川 拓司

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2015　(27)　13-14　2015年1月8日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  34. 1A12 カプセル懸濁液中におけるトレーサー粒子の挙動 : トレーサー粒子径の影響(OS11-1:生体流れの計算バイオメカニクス:疾病の再現および診断・治療への応用(1))

    伊藤 広樹, 今井 陽介, 松永 大樹, 大森 俊宏, 山口 隆美, 石川 拓司

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2015　(27)　5-6　2015年1月8日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  35. 1D35 せん断流れ下における赤血球懸濁液のレオロジー(OS3-1:血球運動のバイオメカニクス(1))

    大森 俊宏, 石川 拓司, 今井 陽介, 山口 隆美

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2015　(27)　165-166　2015年1月8日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  36. 22pBL-8 流体的相互作用する繊毛回転運動のモデル化と同期解析

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集　70　(0)　3030-3030　2015年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会

    DOI： 10.11316/jpsgaiyo.70.1.0_3030 　

    ISSN：2189-079X

  37. 16pCX-1 2繊毛モデルにおける同期のパラメータ依存性

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集　70　(0)　2595-2595　2015年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本物理学会

    DOI： 10.11316/jpsgaiyo.70.2.0_2595 　

    ISSN：2189-079X

  38. Swimming behavior of a model microorganism at a fluid-air interface

    Junichi Manabe, Kohei Kyoya, Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    The Sixth International Symposium on Aero Aqua Bio-mechanisms　37　2014年11月1日

  39. A112 モータタンパクによって駆動する繊毛運動の数値計算(A1-3 数理・計算バイオメカニクス3,分散体バイオメカニクス)

    菅井 啓人, 大森 俊宏, 今井 陽介, 石川 拓司

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2014　(25)　21-22　2014年10月2日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

    ISSN：1348-2939

  40. A111 界面近傍における微生物の振る舞いの数値計算(A1-3 数理・計算バイオメカニクス3,分散体バイオメカニクス)

    眞鍋 準一, 京谷 浩平, 大森 俊宏, 今井 陽介, 石川 拓司

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2014　(25)　19-20　2014年10月2日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

    ISSN：1348-2939

  41. Rheological analysis of capsule suspensions containing different size capsules

    Hiroki Ito, Yohsuke Imai, Daiki Matsunaga, Toshihiro Omori, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    11th World Congress on Computational Mechanics　303　2014年7月10日

  42. Numerical Analysis of Capsule Suspensions Containing Two Different siza Capsules

    Hiroki Ito, Yohsuke Imai, Daiki Matsunaga, Toshihiro Omori, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Dyna Caps 2014　2014年7月10日

  43. Collective swimming of ellipoidal squimers

    Takuji Ishikawa, Kohei Kyoya, Daiki Matsunaga, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    Dyna Caps 2014　2014年7月10日

  44. Development of a numerical model for analysis of ciliary motions

    H. Sugai, T. Omori, Y. Imai, T. Ishikawa

    7th WORLD CONGRESS OF BIOMECHANICS　2014年7月10日

  45. Development of an Intracellular Structure Model for Ciliary Motion Analysis

    Hiroto Sugai, Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Internationnal Symposium on Integrated Nanobiomechanics　17-18　2014年7月5日

  46. Nutrient Uptake in a Suspension of Model Microorganisms

    Takuji Ishikawa, Shunsuke Kajiki, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    Internationnal Symposium on Integrated Nanobiomechanics　15-16　2014年7月5日

  47. Rheology of a Red Blood Cell Suspension from Dilute to Semi-dilute Regime

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Imai, Takuji Ishikawa

    Internationnal Symposium on Integrated Nanobiomechanics　11-12　2014年7月5日

  48. Nutrient uptake in a suspension of model microorganisms

    Takuji Ishikawa, Shunsuke Kajiki, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    COMPSAFE　347-348　2014年4月2日

  49. 2E15 微小流路内を流れる赤血球の変形挙動解析(OS3-1:血球運動のバイオメカニクス(1))

    大森 俊宏, 石川 拓司, 今井 陽介, 山口 隆美

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2014　(26)　439-440　2014年1月10日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  50. 167 気液界面における微生物の遊泳シミュレーション

    眞鍋 隼一, 京谷 浩平, 今井 陽介, 大森 俊宏, 石川 拓司

    講演論文集　2014　(49)　131-132　2014年

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  51. Effect of Aeration on the Bioconvection Pattern in a Microalgae Suspension

    Y. Nonaka, H. Ueno, K. Numayama, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    APCB2013 Proceedings　S12-002　2013年8月30日

  52. Integrated Biomechanics for Physiological Flow Problems

    T. Yamaguchi, Y. Imai, T. Omori, H. Ueno, K. Numayama-Tsuruta, T. Ishikawa

    APCB2013 The7thAsian Pacific Conference on Biomechanics　ILS4-009　2013年8月29日

  53. 2E02 微小血管における赤血球の挙動解析(GS10-1:循環器系の計算バイオメカニクス(1))

    保坂 春樹, 大森 俊宏, 今井 陽介, 石川 拓司, 山口 隆美

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2013　(25)　387-388　2013年1月8日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  54. 3E15 気道上皮の繊毛細胞が作り出す流れの計測(GS8:呼吸器系のバイオメカニクス)

    清田 浩毅, 上野 裕則, 石川 拓司, 沼山 恵子, 今井 陽介, 大森 俊宏, 山口 隆美

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2013　(0)　609-610　2013年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmebio.2013.25.609 　

  55. J027013 微細藻類の生物対流に及ぼすエアレーションの影響([J027-01]生物規範メカニクス・システム:生物の運動,力学及びミメティクス(1))

    野中 佑樹, 上野 裕則, 沼山 恵子, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美, 石川 拓司

    年次大会　2013　(0)　_J027013-1-_J027013-4　2013年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmemecj.2013._J027013-1 　

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    Bioconvection patterns are often observed in microalgae suspensions of randomly, but on average upwardly, swimming microalgae which are little denser than water. When we culture microalgae in the laboratory, we usually add aeration for mixing the culture fluid and supplying oxygen and carbon dioxide. However, the effect of aeration on the bioconvection pattern and the transport phenomena in the suspension is unclear. In this study, we investigated bioconvection pattern in a suspension of Chlamydomonas reinhardtii under the condition with aeration. Bioconvection pattern in a cylindrical container was visualized by red illumination, and white light for phototaxis could be added from above. Small bubbles were injected by a needle connected to a syringe. Observation of bioconvection patterns of microalgae suspension with aeration showed three kinds of flow patterns depending on the bubble flow rate. When there was no bubble flow, conventional bioconvection was dominant. When flow rate was low, observed pattern in the cylindrical container was split into two flow regions, where the bioconvection and the bubble flow were dominant respectively. When flow rate was high, bubble flow became dominant and no clear bioconvection was observed. Such changes in the bioconvection pattern have not been reported before. These findings are important to understand the transport phenomena in algae suspensions in engineering settings.

  56. C107 エアレーション印加時の微細藻類の生物対流(C1-2 生物工学2)

    野中 佑樹, 上野 裕則, 沼山 恵子, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美, 石川 拓司

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2013　(0)　45-46　2013年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmebiofro.2013.24.45 　

    ISSN：1348-2939

  57. 103 強制循環気泡流中の微細藻類の凝集構造(バイオエンジニアリング,一般講演)

    野中 佑樹, 上野 裕則, 沼山 恵子, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美, 石川 拓司

    東北支部総会・講演会 講演論文集　2013　(0)　10-11　2013年

    出版者・発行元：一般社団法人 日本機械学会

    DOI： 10.1299/jsmeth.2013.48.10 　

  58. 計算生体力学シミュレーションによるミクロからマクロスケールの生体機能の解析

    山口 隆美, 今井 陽介, 水野 文雄, 大森 俊宏, 上野 裕則, 沼山 恵子, 石川 拓司

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　33回　33-34　2012年12月

    出版者・発行元：バイオメカニズム学会

  59. Off-plane motion of a non-spherical capsule in simple shear flow

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Bulletin of the American Physical Society 65th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　331-331　2012年11月

  60. Measurement of ciliary flow generated on the surface of tracheal lumen

    K. Kiyota, H. Ueno, T. Ishikawa, K. Numayama-Tsuruta, Y. Imai, T. Omori, T. Yamaguchi

    Bulletin of the American Physical Society 65th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　334-334　2012年11月

  61. Analysis of red blood cell behavior in a narrow tube

    H. Hosaka, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    Bulletin of the American Physical Society 65th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　330-330　2012年11月

  62. Development of a GPU-Implemented BEM solver for biological cell suspensions

    Y. Imai, D. Matsunaga, K. Kyoya, T. Omori, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    International Computational Mechanics Symposium 2012　USB Memory　2012年10月

  63. ストークス流れ中の非球形カプセルの配向現象

    石川拓司, 大森俊宏, 今井陽介, 山口隆美

    京都大学数理解析研究所講究録　1808　(1808)　121-126　2012年9月1日

    出版者・発行元：京都大学

    ISSN：1880-2818

  64. せん断流れ下における赤血球の変形挙動解析

    大森 俊宏, 石川 拓司, 今井 陽介

    計算工学講演会論文集 Proceedings of the Conference on Computational Engineering and Science　17　4p　2012年5月

    出版者・発行元：日本計算工学会

  65. Computational biomechanics of physiological flow

    T. Yamaguchi, T. Ishikawa, Y. Imai, H. Ueno, K. Numayama-Tsuruta, T. Omori

    Biological Flow: A Conference to Celebrate the 70th Birthday of Timothy J. Padley FRS　38　2012年3月20日

  66. 109 境界要素法を用いた流れ中の赤血球の変形解析(バイオエンジニアリングI,一般講演)

    保坂 春樹, 石川 拓司, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美

    講演論文集　2012　(47)　24-25　2012年3月13日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

  67. Rheology of a dilute suspention of red blood cells in simple shear flow

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    18th International Symposium of Tohoku University Global COE Program, Global Nano-Biomedical Engineering Education and Research Network Centre, Nano-Biomedical Engineering in the East Asian-Pacific Rim Region　153-154　2012年3月

  68. Multi-GPU computing of capsule flow using boundary integral method

    D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    5th East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering　72-73　2011年12月

  69. B112 GPUを用いたCapsuleサスペンジョンの大規模計算手法の開発(B1-3 生体流体工学1)

    松永 大樹, 今井 陽介, 大森 俊宏, 三木 貴仁, 石川 拓司, 山口 隆美

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2011　(22)　61-62　2011年10月6日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

    ISSN：1348-2939

  70. High performance GPU computing of capsule flow using boundary integral method

    D.Matsunaga, Y.Imai, T.Omori, T.Miki, T.Ishikawa, T.Yamaguchi

    Proc. Japan-Portugal Nano-BME Symp　19-22　2011年6月

  71. Capsule flow analysis using GPU computation

    D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Miki, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    Microscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology Program and Abstract　2011年5月

  72. Effect of Membrane Modeling on the Capsule Deformation: Comparison between a Spring Network and Continuum Models

    T.Omori, T.Ishikawa, D.Barthes-Biesel, A.-V.Salsac, Y.Imai, T.Yamaguchi

    6th World Congress of Biomechanics Abstracts　470　2010年8月

  73. Impact of membrane modeling in analysing deformation of a capsule:comparison between a spring network model and constitutive laws 査読有り

    T.Omori, T.Ishikawa, D.Barthes-biesel, A.V.Salsac, Y.Imai, T.Yamaguchi

    Proc. 4th ECCM　No. 781　2010年5月

  74. Impact of membrane modeling on the deformation analysis of a capsule

    T.Omori, T.Ishikawa, D.Barthes-Biesel, A.V.Salsac, Y.Imai, T.Yamaguchi

    3rd East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering　122-123　2009年12月

  75. Modeling of the membrane bending rigidity for calculating red blood cell deformation

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Birthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    15th Int. Conf. Finite Elements in Flow Problems (FEF09) Abstracts　41　2009年4月

  76. Effect of the membrane bending stiffness on the deformation of a red blood cell

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Birthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Proc. AP Biomech　196-197　2009年4月

  77. Behavior of a red blood cell in a simple shear flow simulated by a boundary element method

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    GPBE/NUS-Tohoku Graduate Student Conf. Bioeng., Program & Abstract　99-100　2008年12月1日

  78. B203 境界要素法による定ずり流れ中での赤血球の変形挙動解析(生物流体・熱工学)

    大森 俊宏, 石川 拓司, BARTHES-BIESEL Dominique, 今井 陽介, 山口 隆美

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2008　(19)　47-48　2008年9月22日

    出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

    ISSN：1348-2939

  79. Behavior of a red blood cell in a simple shear flow simulated by a boundary element method

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Book of Abstracts BIOENGINEERING 08　135-135　2008年9月

  80. Proposal of mesoscopic analysis method of blood rheology

    M. Nakamura, T. Omori, T. Yamaguchi, S. Wada

    Proceedings of the Third Asian Pacific Conference on Biomechanics (To appear in Journal of Biomechanical Science and Engineering)　2　(07-207)　228-228　2007年11月8日

  81. Computational Analysis of a Non-Newtonian Behavior of Blood Flow by an Interactive Calculation of Micro- and Micro- Scale Blood Dynamics

    M. Nakamura, T. Omori, T. Yamaguchi, S. Wada

    The 9th International Symposium on Future Medical Engineering based on Bio-nanotechnology jointly organized with The 19th Bioengineering Conference, 2006 Annual Meeting of BED/JSME　44-45　2007年1月

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書籍等出版物 3

  1. Integrated nano-Biomechanics

    T. Omori

    Elsevier　2018年6月

  2. Visualization and simulations of complex flows in biomedical engineering

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Springer　2014年

  3. Advances in Computational Vision and Medical Image Processing

    R. Lima, M. Nakamura, T. Omori, T. Ishikawa, S. Wada, T. Yamaguchi

    Springer　2009年

講演・口頭発表等 114

  1. 精子集団遊泳の数値シミュレーション 招待有り

    大森俊宏

    生殖若手の会　2022年9月11日

  2. Ciliates achieve optimal swimming efficiency through hydrodynamic interaction of cilia 招待有り

    Toshihiro Omori

    9th World Congress of Biomechanics　2022年7月11日

  3. 繊毛間流体相互作用と遊泳微生物の形態 招待有り

    大森俊宏

    第34回バイオエンジニアリング講演会　2022年6月25日

  4. Elasto-hydrodynamic interaction of swimming spermatozoa 招待有り

    Toshihiro Omori

    Biofluid Mechanics of Reproduction　2021年7月29日

  5. 多繊毛化は微生物の遊泳効率を最大化する 招待有り

    大森俊宏

    制御と情報－生体への応用－研究会　2021年2月24日

  6. 繊毛運動の流体構造連成 招待有り

    大森俊宏

    ソフトバイオ研究会2018　2018年11月21日

  7. 繊毛虫の遊泳シミュレーション:低レイノルズ数域の数値流体力学 招待有り

    大森俊宏, 伊藤宏晃, 石川拓司

    細胞を創る研究会 11.0　2018年10月19日

  8. FLUID-STRUCTURE INTERACTIONS OF NODAL CILIA AXONEME

    Toshihiro Omori, Hiroto Sugai, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    8th International Conference on Fluid Mechanics (ICFM8)　2018年9月

  9. Rheotaxis of a sperm cell in shear flow near an infinite plane wall 国際会議 招待有り

    T. Omori, T. Ishikawa

    The 7th International Conference on Computational Methods　2016年8月

  10. A boundary element method for cellular scale physiological flow problems 国際会議 招待有り

    T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    The 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics,　2015年10月

  11. Intergrated Computational Biomechanics of the Flow Phenomena in the Living Body 国際会議 招待有り

    T. Yamaguchi, Y. Imai, T. Omori, K. Kikuchi, T. Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics in Medicine and Biology II　2015年8月

  12. Swimming of a spermatozoon in shear flow near non-slip boundary 国際会議 招待有り

    T. Omori, T. Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics in Medicine and Biology II　2015年8月

  13. Viscosity Reduction in Bimodal Suspensions of Two Types of Capsules 国際会議 招待有り

    Y. Imai, H. Ito, D. Matsunaga, T. Omori, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    13th US National Congress on Computational Mechanics　2015年7月

  14. Cellular scale physiological flow: active swimming sperm cells and passive flowing red blood cells 国際会議 招待有り

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    13th US National Congress on Computational Mechanics　2015年7月

  15. Rheology of a red blood cell suspension computing with a boundary element-finite element coupled method 国際会議 招待有り

    T. Omori, Y. Imai, T. Ishikawa

    8th International Conference on Finite Elements in Flow Problems　2015年3月

  16. Collective motions of ellipsoidal squirmers in a dense suspension 国際会議 招待有り

    T. Ishikawa, K. Kyoya, D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori

    7th World Congress of Biomechanics　2014年7月

  17. 境界要素法・有限要素法によるカプセル流動の数値計算 招待有り

    大森俊宏

    可視化情報シンポジウム2014　2014年7月

  18. Rheology of a red blood cell suspension in a simple shear flow 国際会議 招待有り

    T. Omori, Y. Imai, D. Matsunaga, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    7th World Congress of Biomechanics　2014年7月

  19. Integrated Biomechanics for Physiological Problems 国際会議 招待有り

    T. Yamaguchi, Y. Imai, T. Omori, H. Ueno, K. Numayama-Tsuruta, T. Ishikawa

    The 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics　2013年8月

  20. Microscale Flow Dynamics of Red Blood Cells in Microchannels: An Experimental and Numerical Analysis 招待有り

    R. Lima, M. Nakamura, T. Omori, T. Ishikawa, S. Wada, T. Yamaguchi

    ADVANCES IN COMPUTATIONAL VISION AND MEDICAL IMAGE PROCESSING: METHODS AND APPLICATIONS　2009年

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    The blood flow dynamics in microcirculation depends strongly on the motion, deformation and interaction of red blood cells (RBCs) within the microvessel. We present confocal micro-PTV measurements on the motion of individual RBCs through a circular polydimethysiloxane (PDMS) microchannel. The RBC radial displacement and dispersion calculated from these measurements show that the RBC paths are strongly dependent on the both Hct and plasma layer. In order to obtain more detailed information of the non-Newtonian property of blood a novel computational scheme is also described. The simulated flow dynamics were in good agreement with the Casson flow model and in vivo observations. In the near future by comparing both results we hope to clarify a variety of complex phenomena occurring at the microscale level.

  21. Collective Swimming of Sperm Emerging from Unsteady Hydrodynamic Interactions

    T. Omori

    6th Japan-Switzerland Workshop on Biomechanics　2023年9月1日

  22. Mass transport in an aggregation of swimming microorganisms

    Yu Kogure, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2021年12月5日

  23. Dynamics of a swimming microorganism suspension

    Kiyoto Kubo, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2021年12月3日

  24. Numerical simulation of the sponge’s choanocyte chamber

    Takumi Ogawa, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2021年12月3日

  25. Numerical analysis of collective swimming of sperm in three dimension

    Nanami Taketoshi, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2021年12月3日

  26. Effect of pairwise interaction of swimming sperm cells

    Nanami Taketoshi, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    14th World Congress on Computational Mechanics　2021年1月

  27. Harnessing low Reynolds number flow for net migration: locomotion of a deformable microcapsule by random fluid forces

    T. Ishikawa, T. Morita, T. Omori

    Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2019年11月

  28. Collision of two deformable torque swimmers

    H. Matsui, T. Omori, T. Ishikawa

    Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2019年11月

  29. Numerical simulation of a droplet propelled by collective swimming of microorganism

    Z. Huang, T. Omori, T. Ishikawa

    AP-Biomech 2019　2019年11月

  30. Micro-capsule swimmer controlled by flow oscillations

    T. Morita, T. Omori, T. Ishikawa

    Bulletin of the American Physical Society, DFD 2018　2018年11月

  31. Flow-induced transport of a membrane protein on vesicle surface 国際会議

    K. Nakamura, T. Omori, T. Ishikawa

    71st Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2018年11月

  32. Hydrodynamics of ciliate swimming revealed by individual ciliary motions 国際会議

    H. Ito, T. Omori, T. Ishikawa

    71st Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2018年11月

  33. Micro-capsule swimmer controlled by flow oscillation 国際会議

    T. Morita, T. Omori, T. Ishikawa

    71st Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2018年11月

  34. Locomotion mechanism of microcapsele using flow oscillation

    Takeru Morita, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    The Seven International Symposium on Aero Aqua Bio-mechanisms ISABMEC 2018　2018年9月

  35. A NUMERICAL SIMULATION OFSWIMMING SPERMATOZOA

    N. Taketoshi, T. Omori, T. Ishikawa

    8th International Conference on Fluid Mechanics (ICFM8)　2018年9月

  36. A numerical Simulation of Swimming Spermatozoa 国際会議

    N. Taketoshi, T. Omori, T. Ishikawa

    The 8th International Conference of Fluid Mechanics　2018年9月

  37. Fluid-structure interactions of nodal cilia axoneme 国際会議

    T. Omori, H. Sugai, Y. Imai, T. Ishikawa

    The 8th International Conference of Fluid Mechanics　2018年9月

  38. Locomotion mechanism of microcapsule using flow oscillation 国際会議

    T. Morita, T. Omori, T. Ishikawa

    The seventh international symposium on aero aqua bio-mechanisms　2018年8月

  39. Computational study of the nodal flow with a small number of cilia: comparison of mechanosensing and vesicle transport hypotheses 国際会議

    T Omori, K. Shinohara, H. Hamada, T. Ishikawa

    The 8th World Congress of Biomechanics　2018年7月

  40. A BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR CELLULAR SCALE PHYSIOLOGICAL FLOW PROBLEMS: PASSIVE MOTIONS OF RED BLOOD CELLS AND ACTIVE MOTIONS OF CILIA AND FLAGELLA 招待有り

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    The 26th Congress of the International Society of Biomechanics (ISB 2017)　2017年7月

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    Yamaguchi Medal 受賞講演

  41. UPSTREAM SWIMMING OF A SPERM CELL IN SHEAR FLOW

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    The 26th Congress of the International Society of Biomechanics (ISB 2017)　2017年7月

  42. DEVELOPMENT OF A BIOMECHANICAL MODEL OF CELL BEHAVIOR SUBJECTED TO CYCLIC STRETCH

    Fumiyasu Saito, Yohsuke Imai, Shunichi Ishida, Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa

    Abstracts Book of the 16th International Conference on Biomedical Engineering　2016年12月

  43. Numerical simulation of a sperm cell in shear flow near an infinite boundary wall 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa

    The 16th International Conference on Biomedical Engineering　2016年12月

  44. Numerical analysis of cell adhesion in capillary flow

    NAOKI TAKEISHI, YOHSUKE IMAI, SHUNICHI ISHIDA, TOSHIHIRO OMORI, ROGER KAMM, TAKUJI ISHIKAWA

    The 69th Annual Meetin g of The American Physical Society, Bulletin of the American Physical Society, DED 2016　2016年11月

  45. Deformable micro torque swimmer 国際会議

    T. Ishikawa, T. Tanaka, T. Omori, Y. Imai

    69th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2016年11月

  46. Asymmetry of Arrangement Induces Phase Synchronization in Mouse Node Cilia 国際会議

    K. Okumura, S. Nishikawa, T. Omori, T. Ishikawa, A. Takamatsu

    26th IUPAP International Conference on Statistical Physics　2016年7月

  47. 非対称配置による同質な3繊毛モデルでの位相同期

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集　2016年

    詳細を見る 詳細を閉じる

    &lt;p&gt;マウス胚のノード繊毛は時計回りの回転運動をする。少数繊毛系等でこの回転運動が位相同期することが観測されている。我々は繊毛間の流体的な相互作用を境界要素法により数値的に求め、振動子モデルとして繊毛間の位相差を位相縮約法により解析した。本発表では同質な繊毛パラメータの場合、2繊毛系では位相同期が起こらない一方、3繊毛系では繊毛の空間的な配置の非対称性により位相同期が起こることを報告する。&lt;/p&gt;

  48. Deformable micro torque swimmer

    TAKUJI ISHIKAWA, TOMOYUKI TANAKA, TOSHIHIRO OMORI, YOHSUKE IMAI

    68th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics, Bulletin of the American Physical Society, DFD 2015　2015年11月1日

  49. Simulations of a swimming microorganism near an fluid-air or an fluid-solid interface

    Junichi Manabe, Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics (CFD) in Medicine and Biology II　2015年9月1日

  50. Intergrated Computational Biomechanics of the Flow Phenomena in the Living Body

    Takami Yamaguchi, Yosuke Imai, Toshihiro Omori, Kenji Kikuchi, Takuji Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics (CFD) in Medicine and Biology II　2015年9月1日

  51. Mechanics of Nodal Cilia in Early Mouse Embryo 国際会議

    T. Omori, H. Sugai, Y. Imai, T. Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2015年9月

  52. Development of a Numerical Model of Cytoskeleton Dynamics 国際会議

    F. Saito, Y. Imai, S. Ishida, T. Omori, T. Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2015年9月

  53. A Numerical Simulation of Cytoadhesion and Rosette Formation of Red Blood Cells Infected by Malaria 国際会議

    Y. Imai, Y. Ichikawa, S. Ishida, D. Matsunaga, S. Nix, T. Omori, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2015年9月

  54. Swimming Behavior of a Model Ciliate near a Fluid-Air or a Fluid-Solid Interface 国際会議

    J. Manabe, T. Omori, Y.Imai, T. Ishikawa

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics　2015年9月

  55. Simulations of a swimming microorganism near an fluid-air or an fluid-solid interface 国際会議

    J. Manabe, T. Omori, Y.Imai, T. Ishikawa

    Computational Fluid Dynamics in Medicine and Biology II　2015年8月

  56. Cellular Scale Physiological Flow: Active Swimming Sperm Cells and Passive Flowing Red Blood Cells

    Toshihiro Omori, Takuji Ishikawa, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi

    13th U.S. National Congress on Computational Mechanics　2015年7月1日

  57. A Computational Study Of Red Blood Cells In Stokes Flow: From Single Cellular Mechanics To Suspension Rheology

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    SB3C2015　2015年6月1日

  58. A computational study of red blood cells in Stokes flow: from single cellular mechanics to suspension rheology 国際会議

    T. Omori, Y.Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    Summer Biomechanics, Bioengineering, and Biotransport Conference　2015年6月

  59. Rheology of A Red Blood CEll Suspension Computing with A Boundary Element-Finite Wlement Coupled Method

    Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takuji Ishikawa

    The 18th International Conference on Finite Elements in Flow Problems FEF2015　2015年3月1日

  60. 16pCX-1 2繊毛モデルにおける同期のパラメータ依存性

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集　2015年

  61. 22pBL-8 流体的相互作用する繊毛回転運動のモデル化と同期解析

    奥村 圭司, 西川 星也, 大森 俊宏, 石川 拓司, 高松 敦子

    日本物理学会講演概要集　2015年

  62. Swimming behavior of a model microorganism at a fluid-air interface 国際会議

    J. Manabe, Kohei Kyoya, T. Omori, Y.Imai, T. Ishikawa

    The Sixth International Symposium on Aero Aqua Bio-mechanisms　2014年11月

  63. Development of a numerical model for analysis of ciliary motions

    H. Sugai, T. Omori, Y. Imai, T. Ishikawa

    7th WORLD CONGRESS OF BIOMECHANICS　2014年7月10日

  64. Collective swimming of ellipoidal squimers

    Takuji Ishikawa, Kohei Kyoya, Daiki Matsunaga, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    Dyna Caps 2014　2014年7月10日

  65. Numerical Analysis of Capsule Suspensions Containing Two Different siza Capsules

    Hiroki Ito, Yohsuke Imai, Daiki Matsunaga, Toshihiro Omori, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Dyna Caps 2014　2014年7月10日

  66. Nutrient Uptake in a Suspension of Model Microorganisms

    Takuji Ishikawa, Shunsuke Kajiki, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    Internationnal Symposium on Integrated Nanobiomechanics　2014年7月5日

  67. Development of an Intracellular Structure Model for Ciliary Motion Analysis

    Hiroto Sugai, Toshihiro Omori, Yohsuke Imai, Takami Yamaguchi, Takuji Ishikawa

    Internationnal Symposium on Integrated Nanobiomechanics　2014年7月5日

  68. Rheological analysis of capsule suspensions containing different size capsules 国際会議

    H. Ito, Y. Imai, D. Matsunaga, T. Omori, T. Ymaguchi, T. Ishikawa

    11th World Congress on Computational Mechanics　2014年7月

  69. Numerical analysis of capsule suspensions containing two different size capsules 国際会議

    H. Ito, Y. Imai, D. Matsunaga, T. Omori, T. Ymaguchi, T. Ishikawa

    Dynacaps 2014　2014年7月

  70. Collective swimming of ellipsoidal squirmers 国際会議

    T. Ishikawa, K. Kyoya, D. Matsunaga, Y.Imai, T. Omori

    Dynacaps 2014　2014年7月

  71. Nutrient uptake in a suspension of model microorganisms 国際会議

    T. Ishikawa, S. Kajiki, Y. Imai, T. Omori

    International Symposium on integrated nano-biomechanics　2014年7月

  72. Development of an intracellular structure model for ciliary motion analysis 国際会議

    S. Hiroto, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    International Symposium on integrated nano-biomechanics　2014年7月

  73. Rheology of a Red Blood Cell Suspension from Dilute to Semi-dilute Regime 国際会議

    T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    International Symposium on integrated nano-biomechanics　2014年7月

  74. Nutrient uptake in a suspension of model microorganisms

    Takuji Ishikawa, Shunsuke Kajiki, Yohsuke Imai, Toshihiro Omori

    COMPSAFE　2014年4月2日

  75. Effect of Aeration on the Bioconvection Pattern in a Microalgae Suspension

    Y. Nonaka, H. Ueno, K. Numayama, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    APCB2013 Proceedings　2013年8月30日

  76. Integrated Biomechanics for Physiological Flow Problems

    T. Yamaguchi, Y. Imai, T. Omori, H. Ueno, K. Numayama-Tsuruta, T. Ishikawa

    APCB2013 The7thAsian Pacific Conference on Biomechanics　2013年8月29日

  77. Effect of Aeration on the Biconvection Pattern in a Microalgae Suspension 国際会議

    Y. Nonaka, H. Ueno, K. Numayama-Tsuruta, T.Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    The 7th Asian Pacific Conference on Biomechanics　2013年8月

  78. 103 強制循環気泡流中の微細藻類の凝集構造(バイオエンジニアリング,一般講演)

    野中 佑樹, 上野 裕則, 沼山 恵子, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美, 石川 拓司

    東北支部総会・講演会 講演論文集　2013年

  79. C107 エアレーション印加時の微細藻類の生物対流(C1-2 生物工学2)

    野中 佑樹, 上野 裕則, 沼山 恵子, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美, 石川 拓司

    バイオフロンティア講演会講演論文集　2013年

  80. J027013 微細藻類の生物対流に及ぼすエアレーションの影響([J027-01]生物規範メカニクス・システム:生物の運動,力学及びミメティクス(1))

    野中 佑樹, 上野 裕則, 沼山 恵子, 大森 俊宏, 今井 陽介, 山口 隆美, 石川 拓司

    年次大会　2013年

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    Bioconvection patterns are often observed in microalgae suspensions of randomly, but on average upwardly, swimming microalgae which are little denser than water. When we culture microalgae in the laboratory, we usually add aeration for mixing the culture fluid and supplying oxygen and carbon dioxide. However, the effect of aeration on the bioconvection pattern and the transport phenomena in the suspension is unclear. In this study, we investigated bioconvection pattern in a suspension of Chlamydomonas reinhardtii under the condition with aeration. Bioconvection pattern in a cylindrical container was visualized by red illumination, and white light for phototaxis could be added from above. Small bubbles were injected by a needle connected to a syringe. Observation of bioconvection patterns of microalgae suspension with aeration showed three kinds of flow patterns depending on the bubble flow rate. When there was no bubble flow, conventional bioconvection was dominant. When flow rate was low, observed pattern in the cylindrical container was split into two flow regions, where the bioconvection and the bubble flow were dominant respectively. When flow rate was high, bubble flow became dominant and no clear bioconvection was observed. Such changes in the bioconvection pattern have not been reported before. These findings are important to understand the transport phenomena in algae suspensions in engineering settings.

  81. 3E15 気道上皮の繊毛細胞が作り出す流れの計測(GS8:呼吸器系のバイオメカニクス)

    清田 浩毅, 上野 裕則, 石川 拓司, 沼山 恵子, 今井 陽介, 大森 俊宏, 山口 隆美

    バイオエンジニアリング講演会講演論文集　2013年

  82. 計算生体力学シミュレーションによるミクロからマクロスケールの生体機能の解析

    山口 隆美, 今井 陽介, 水野 文雄, 大森 俊宏, 上野 裕則, 沼山 恵子, 石川 拓司

    バイオメカニズム学術講演会予稿集　2012年12月

  83. Analysis of red blood cell behavior in a narrow tube

    H. Hosaka, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    Bulletin of the American Physical Society 65th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2012年11月

  84. Measurement of ciliary flow generated on the surface of tracheal lumen

    K. Kiyota, H. Ueno, T. Ishikawa, K. Numayama-Tsuruta, Y. Imai, T. Omori, T. Yamaguchi

    Bulletin of the American Physical Society 65th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2012年11月

  85. Off-plane motion of a non-spherical capsule in simple shear flow

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Bulletin of the American Physical Society 65th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics　2012年11月

  86. Off-Plane motion of a non-spherical capsule in simple shear flow 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    65th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2012年11月

  87. Analysis of red blood cell behavior in narrow tube 国際会議

    H. Hosaka, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi, T. Ishikawa

    65th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics　2012年11月

  88. Development of a GPU-Implemented BEM solver for biological cell suspensions

    Y. Imai, D. Matsunaga, K. Kyoya, T. Omori, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    International Computational Mechanics Symposium 2012　2012年10月

  89. Development of a GPU- implemented BEM solver for biological cell suspensions 国際会議

    Y. Imai, D. Matsunaga, K. Kyoya, T. Omori, T. Ishikawa, T. Ymaguchi

    International Computational Mechanics Symposium　2012年10月

  90. ストークス流れ中の非球形カプセルの配向現象

    石川拓司, 大森俊宏, 今井陽介, 山口隆美

    京都大学数理解析研究所講究録　2012年9月1日

  91. Reorientaion of a non-spherical micro-capsule in shear flow 国際会議

    T. Ishikawa, T. Omori, Y. Imai, T. Yamaguchi

    International Union of Theoretical and Applied Mathematics　2012年7月

  92. Computational biomechanics of physiological flow

    T. Yamaguchi, T. Ishikawa, Y. Imai, H. Ueno, K. Numayama-Tsuruta, T. Omori

    Biological Flow: A Conference to Celebrate the 70th Birthday of Timothy J. Padley FRS　2012年3月20日

  93. Rheology of a dilute suspention of red blood cells in simple shear flow

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    18th International Symposium of Tohoku University Global COE Program, Global Nano-Biomedical Engineering Education and Research Network Centre, Nano-Biomedical Engineering in the East Asian-Pacific Rim Region　2012年3月

  94. Rheology of a dilute suspension of red blood cells in simple shear flow 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Nano-Biomedical Engineering in the East Asian-Pacific Rim Region　2012年3月

  95. Multi-GPU computing of capsule flow using boundary integral method

    D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    5th East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering　2011年12月

  96. High performance GPU computing of capsule flow using boundary integral method 国際会議

    D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Miki, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    Japan-Portugal Nano-BME Symposium　2011年7月

  97. High performance GPU computing of capsule flow using boundary integral method

    D.Matsunaga, Y.Imai, T.Omori, T.Miki, T.Ishikawa, T.Yamaguchi

    Proc. Japan-Portugal Nano-BME Symp　2011年6月

  98. Capsule flow analysis using GPU computation

    D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Miki, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    Microscale Modeling in Biomechanics and Mechanobiology Program and Abstract　2011年5月

  99. Multi-GPU computing of capsule flow using boundary integral method 国際会議

    D. Matsunaga, Y. Imai, T. Omori, T. Ishikawa, T. Yamaguchi

    East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering　2010年12月

  100. Effect of Membrane Modeling on the Capsule Deformation: Comparison between a Spring Network and Continuum Models

    T.Omori, T.Ishikawa, D.Barthes-Biesel, A.-V.Salsac, Y.Imai, T.Yamaguchi

    6th World Congress of Biomechanics Abstracts　2010年8月

  101. Effect of membrane modeling on the capsule deformation: comparison between a spring network model and continuum models 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, A.-V. Salsac, J. Walter, Y. Imai, T. Yamaguchi

    6th World Congress of Biomechanics　2010年8月

  102. Impact of membrane modeling in analysing deformation of a capsule:comparison between a spring network model and constitutive laws

    T.Omori, T.Ishikawa, D.Barthes-biesel, A.V.Salsac, Y.Imai, T.Yamaguchi

    Proc. 4th ECCM　2010年5月

  103. Impact of membrane modeling in analysing deformation of a capsule; comparison between a spring network model and constitutive laws 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, A.-V. Salsac, J. Walter, Y. Imai, T. Yamaguchi

    European Conference on Computational Mechanics　2010年5月

  104. Impact of membrane modeling on the deformation analysis of a capsule 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    East Asian Pacific Student Workshop on Nano-Biomedical Engineering　2009年12月

  105. Modeling of the membrane bending rigidity for calculating red blood cell deformation

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Birthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    15th Int. Conf. Finite Elements in Flow Problems (FEF09) Abstracts　2009年4月

  106. Effect of the membrane bending stiffness on the deformation of a red blood cell 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    4th Asian Pacific Conference on Biomechanics　2009年4月

  107. Modeling of the membrane bending rigidity for calculating red blood cell deformation 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    International Conference on Finite Elements in Flow Problem　2009年3月

  108. Behavior of a red blood cell in a simple shear flow simulated by a boundary element method

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    GPBE/NUS-Tohoku Graduate Student Conf. Bioeng., Program & Abstract　2008年12月1日

  109. Behaviour of a red blood cell in a simple shear flow simulated by a boundary element method 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    GPBE/NUS-Tohoku Graduate Student Conference in Bioengineering　2008年12月

  110. Behaviour of a red blood cell in a simple shear flow simulated by a boundary element method 国際会議

    T. Omori, T. Ishikawa, D.Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Bioengineering 08　2008年10月

  111. Behavior of a red blood cell in a simple shear flow simulated by a boundary element method

    T. Omori, T. Ishikawa, D. Barthes-Biesel, Y. Imai, T. Yamaguchi

    Book of Abstracts BIOENGINEERING 08　2008年9月

  112. Proposal of mesoscopic analysis method of blood rheology

    M. Nakamura, T. Omori, T. Yamaguchi, S. Wada

    Proceedings of the Third Asian Pacific Conference on Biomechanics (To appear in Journal of Biomechanical Science and Engineering)　2007年11月8日

  113. Computational Analysis of a Non-Newtonian Behavior of Blood Flow by an Interactive Calculation of Micro- and Micro- Scale Blood Dynamics

    M. Nakamura, T. Omori, T. Yamaguchi, S. Wada

    The 9th International Symposium on Future Medical Engineering based on Bio-nanotechnology jointly organized with The 19th Bioengineering Conference, 2006 Annual Meeting of BED/JSME　2007年1月

  114. Multi-scale simulation of blood flow with the dynamical behaviour of elastic red blood cells 国際会議

    T. Omori, S. Wada, K. Tsubota, T. Yamaguchi

    5th World Congress of Biomechanics　2006年7月

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共同研究・競争的資金等の研究課題 6

  1. 生物系アクティブマターの予測と制御を目指した移動現象論の構築

    石川 拓司, 菊地 謙次, 大森 俊宏, 沼山 恵子

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    研究機関：Tohoku University

    2021年7月5日 ～ 2026年3月31日

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    本年度は研究の立ち上げを行い、大規模な計算設備と実験設備を入札により導入した。主要な研究実績は以下の通りである。 １．テトラヒメナが背景流れに対して走流性を示すことを世界に先駆けて発見した。この成果は総合誌で世界最高峰のScience Advances誌に掲載され、プレスリリースされた（Ohmura, et al., Science Adv. 2021）。 ２．クラミドモナスも走流性を示すことを発見した。実験と理論、数値シミュレーションを融合し、そのメカニズムを解明した（Omori, et al., J. Fluid Mech. 2021）。 ３．さまざまな遊泳モードを持つ微生物の2体干渉の解析を行い、干渉運動の相図を作成することで、微生物干渉を体系的に理解した（Darveniza, et al., Phys. Rev. Fluids,2022）。 ４．数値解析手法の高度化にも取り組み、汎用性の高い境界要素法と近接場が得意な潤滑理論を融合させたLT-BEMを開発した。（Ishikawa, J. Comp. Phys., 2022）。 ５．開発した微生物解析プラットフォームをバイオフィルムの形成過程へと展開した。複雑流路内に形成されるストリーマーの形成過程を細胞スケールから調べ、マクロなレオロジー特性とストリーマー形状との関係を解明した（Kitamura, et al., J. R. Soc. Interface, 2021）。 ６．開発した微生物解析プラットフォームを酵母の発酵過程へと展開した。マルチスケール解析プラットフォームを用いて培養時の輸送現象を定量的に解明した。この成果はSoft Matter誌の背表紙を飾り、プレスリリースされた（Srivastava, et al., Roy. Soc. Open Sci., 2021; Soft Matter, 2021）。

  2. 薬剤輸送を目指した柔らかいマイクロスイマーの開発

    石川 拓司, 菊地 謙次, ニックス ステファニー, 大森 俊宏

    2021年10月7日 ～ 2025年3月31日

  3. 微生物バイオメカニクスの深化

    石川 拓司, 菊地 謙次, 大森 俊宏, 今井 陽介, 鹿毛 あずさ

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関：Tohoku University

    2017年4月1日 ～ 2021年3月31日

    詳細を見る 詳細を閉じる

    ナノスケールからマクロスケールへと物理法則を丹念に積み上げる独自の手法を用いることで、力学環境下の精子や微細藻、繊毛虫、大腸菌、酵母などの挙動と生物学的機能を明らかにした。分子モーターで駆動される繊毛軸支の運動から、鞭毛運動の同期、多数の鞭毛が生えた繊毛虫の遊泳と生物学的応答、２体干渉と協調遊泳、連続体としてのレオロジーや拡散特性、細胞増殖と集積など、スケール階層を貫いた解析に成功した。これらの成果は、PNAS誌に２編、Science Adv誌に1編、J Fluid Mech誌に6編など、計48編の査読付き雑誌論文として発表した。また、プレスリリースを８件行い、研究成果を広く社会に公開した。

  4. 統合ナノバイオメカニクスの創成

    山口 隆美, 石川 拓司, 上野 裕則, 水野 文雄, 大森 俊宏, 松木 範明, 田中 徹, 下權谷 祐児, ニックス ステファニー, 沼山 恵子, 今井 陽介

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Specially Promoted Research

    研究機関：Tohoku University

    2013年 ～ 2017年

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    分子スケールからのボトムアップアプローチによって，統合ナノバイオメカニクスを構築した．これにより，感染症を始めとする様々な疾患を計算機上で再現することに成功し，疾患の進行や薬効の定量的予測に基づく新しい診断・治療方法を創出した．さらに医療用MEMSデバイスの設計に応用し，がん細胞やバクテリアを分離・検出するバイオチップを開発した．研究成果は，査読付き雑誌論文として50編発表した．

  5. 生体流れに関わる疾患の診断・治療・予防のための計算ナノバイオメカニクスの新展開

    山口 隆美, 大森 俊宏, 沼山 恵子, 今井 陽介, 上野 裕則

    2011年5月31日 ～ 2014年3月31日

    詳細を見る 詳細を閉じる

    平成25年度（平成25年4月1日～平成25年4月25日）の研究内容は，細胞スケールにおける生体力学および分子生物学の融合を目指したシミュレーション技術の開発であり，主な成果は以下のとおりである． (1) 平成24年度に開発した細胞の接着に関連するligand-receptor結合の計算力学モデルについて，これを格子ボルツマン法と有限要素法に基づく流体－膜連成計算手法へと導入し，血小板血栓形成，マラリア感染赤血球の血管内皮細胞上の回転運動，がん細胞の血管内皮細胞への接着を対象としたシミュレーション手法の開発に着手した． (2) 平成24年度にクライオ電子線トモグラフィー法を用いて解明した気管繊毛の三次元内部構造を考慮し，ダイニン分子の滑り運動に由来する個々の気管繊毛の運動と，これによって駆動される周囲の流れ場の連成シミュレーション手法の開発に着手した． (3) 平成24年度までに赤血球の希薄・準希薄懸濁液を対象として，境界要素法と有限要素法に基づく流体－膜連成計算手法を開発し，循環器のマクロスケールの解析で必要となる粒子応力テンソル，自己拡散テンソルを算出している．これを赤血球濃厚懸濁液へと拡張するため，細胞濃厚懸濁液を対象とした大規模GPUシミュレーション手法の開発に着手した． (4) 平成24年度に開発した実形状の胃に対する液体食物流動（食物攪拌）の計算力学モデルについて，これを相の異なる液体や固体運動を連成する手法へと改良し，様々な食物および胃液などの流動を解析するための計算力学モデルの開発に着手した．

  6. 血中物質輸送構造解明に向けた計算生体力学的研究 : 赤血球の微細な流動構造に着目して

    大森 俊宏

    2009年 ～ 2011年

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    血液は一様な流体ではなく,多数の血液細胞が流動する懸濁液である.そのため,血液内の物質輸送を定量化するためには,流動する血液細胞の挙動を解析する必要がある.本研究では,主たる血液細胞である赤血球の流動を解析することで,血液の物質輸送を力学的に定量化することを最終目的とする. 赤血球は核を持たない特殊な細胞であり,その流動特性は赤血球膜と膜内外の流体運動によって決定される.本研究では,超弾性体膜を持つカプセルとして赤血球をモデル化し,有限要素法と境界要素法を用いて流体構造連成解析を行う. 当該年度では,開発した赤血球モデルを用いて,せん断流れ場における赤血球の運動や,赤血球膜面応力の解析を行った.さらに,赤血球の二体干渉を解析することにより,準希薄懸濁液下でのレオロジー特性や,赤血球自己拡散について解析を行った. あるせん断速度下において,ランダム配向された赤血球が,特定の向きに収束する様子が確認された.配向が収束することにより,周期的な運動から定常的な運動へと遷移することが分かった.これらの現象は,過去の実験結果と矛盾することはなく,赤血球の運動メカニズム解明に向けた重要な知見になる.続いて,赤血球の膜面主応力や膜面圧力を解析することで,膜面応力とせん断速度の関係を明らかにした.膜面応力は,溶血や赤血球のメカノトランスダクションを議論する際に重要な物理量である. 懸濁液内の物理を記述するには,赤血球同士の流体力学的干渉を考慮する必要がある.準希薄懸濁液下では,赤血球の二体干渉が支配的になることから,二体干渉を解析することで準希薄懸濁液特性の解析を行った.せん断粘性が赤血球体積率に対して2次関数的に増加すること,流れ場によって赤血球は非等方的に拡散することが分かった.これらの結果は,複雑な懸濁液の力学を理解するため重要な基礎知見となる.

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