バイオロジスティクス工学特論Ｂ

Advanced Biologistics Engineering B

998F008

85MFMED604

世良　俊博

Toshihiro Sera

2026年度前期

2026年度

①First semester

木曜3限

Thursday 3rd period

先進工学研究科　機能デザイン工学専攻

Department of Medical and Robotic Engineering Design, Graduate School of Advanced Engineering

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

⽣命現象と深く関わっている物質輸送現象を把握するためには、定量的にモデル化することが必要である。しかし、分⼦・細胞から臓器・組織までマルチスケールに構成される複雑な⽣体組織と整合するモデル化が理想的であるが、現実にはそのようなモデルは存在しない。⼀⽅、⼯業⼯学分野においては、きわめて精密な理論モデルが熱流体⼒学分野で体系されており、様々な物質輸送現象を明らかにする⼿法として活⽤されている。したがって、⽣体における物質輸送を取り扱う⼿法としてはすでに体系化されたモデル・理論を適⽤することが現実的であり、本講義では最新の論文を理解することによって基本的には分⼦スケールより⼤きいスケールに関する⽣体内の物質輸送現象のトレンドについて学ぶ。本講義は、本専攻のディプロマポリシー「ナノメディスンとロボティクスの先端的な知識の融合を通じて『ヒトのカラダを助ける⼯学』を創出することのできる⼈材を育成する」の目的達成の⼀環をなすものである。
In order to understand the mass transport phenomena that are deeply related to life phenomena,quantitative modeling is necessary. However, while it would be ideal to model complex biological tissues that are composed of multiple scales from molecules and cells to organs and tissues, in reality, such models do not exist. Meanwhile, in the field of industrial engineering, extremely precise theoretical models have been systematized in the field of thermo-fluid dynamics, and are used as a method to clarify various mass transport phenomena. Therefore, it is realistic to apply already systematized models and theories as a method to handle mass transport in living organisms, and in this lecture, we will basically learn about mass transport phenomena in living organisms on a scale larger than the molecular scale by understanding the latest papers. This lecture is part of achieving the objective of the diploma policy of "fostering of graduates who can demonstrate to society the significance of creating ʻengineering that aids the functioning of the human bodyʼ through a fusion of advanced knowledge of nanomedicine and robotics".

⽣体の物質輸送、特に分⼦スケールより⼤きいスケールに関して、熱流体⼒学の理論を通して運動量・熱・物質移動を理解する。
Understand momentum, heat and mass transport in biological systems, particularly on scales larger than the molecular scale, through the theory of thermo-fluid dynamics

本講義では、熱流体⼒学の基礎を通して⽣体内における物質輸送現象を正しく理解できることを目標とする。
The goal of this lecture is to provide a correct understanding of material transport phenomena within living organisms through the fundamentals of thermo-fluid mechanics.

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各回の講義内容を復習し、その内容を説明できるようにする。
Review the contents of each lectures.

レポートや課題等(原則60%)、プレゼンテーション等 (原則40%)から総合的に評価する。
Evaluated by reports, tasks, etc(60%), and presentation, etc (40%).

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

全対⾯授業回の受講を原則とします。なお、成績評価点は「成績評価⽅法」に従います。
第1回 ⽣体における物質輸送入門
⽣体における物質輸送の重要性について理解する
第2回 生物流体力学の基礎式１
流体力学の基礎
第3回 生物流体力学の基礎式２
ニュートン流体の基礎式
第4回 生物流体力学の基礎式３
非ニュートン流体の基礎式
第5回 生物流体力学方法論
数値計算・実験的手法について理解する
第6回 ⼼臓循環器系における流れ１
大動脈内の流れに関する最新の論文紹介
第7回 ⼼臓循環器系における流れ2
微小循環の流れに関する最新の論文紹介
第8回 ⼼臓循環器系における流れ3
⼼臓循環器系における流体解析手法の違い
第9回 肺呼吸の流れ１
上気道内の流れに関する最新の論文紹介
第10回 肺呼吸の流れ２
下気道内の流れに関する最新の論文紹介
第11回 肺呼吸の流れ３
肺呼吸の流れにおける流体解析手法の違い
第12回 細胞内の物質輸送１
細胞質内の流れに関する最新の論文紹介
第13回 細胞内の物質輸送２
核輸送に関する最新の論文紹介
第14回 細胞内の物質輸送３
細胞内の物質輸送に関する流体解析手法の違い
第15回 まとめ
到達度の評価と総括を⾏う。

In principle, students are required to attend all face-to-face classes. Grading points will be based on the “Performancegrading policy”.
Lecture 1: Introduction to Mass Transport in Biological Systems
Understanding of the importance of mass transport in biological systems.
Lecture 2: Fundamental Equations of Biofluid Mechanics 1
Fundamentals of fluid mechanics.
Lecture 3: Fundamental Equations of Biofluid Mechanics 2
Governing equations for Newtonian fluids.
Lecture 4: Fundamental Equations of Biofluid Mechanics 3
Governing equations for non-Newtonian fluids.
Lecture 5: Methodologies in Biofluid Mechanics
Understanding numerical methods and experimental approaches.
Lecture 6: Flow in the Cardiovascular System 1
Introduction to recent research articles on flow in the aorta.
Lecture 7: Flow in the Cardiovascular System 2
Introduction to recent research articles on microcirculatory flow.
Lecture 8: Flow in the Cardiovascular System 3
Differences in fluid analysis methods used in cardiovascular systems.
Lecture 9: Airflow in Pulmonary Respiration 1
Introduction to recent research articles on airflow in the upper airway.
Lecture 10: Airflow in Pulmonary Respiration 2
Introduction to recent research articles on airflow in the lower airway.
Lecture 11: Airflow in Pulmonary Respiration 3
Differences in fluid analysis methods used in pulmonary airflow studies.
Lecture 12: Intracellular Mass Transport 1
Introduction to recent research articles on cytoplasmic flow.
Lecture 13: Intracellular Mass Transport 2
Introduction to recent research articles on nuclear transport.
Lecture 14: Intracellular Mass Transport 3
Differences in fluid analysis methods used in intracellular mass transport studies.
Lecture 15: Summary and Review
Assessment of learning outcomes and overall course review.

国⽴⼤学での経験を活かして講義を⾏う。
Lecture based on work experience at national university in Japan.

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