214 年 1 月 17 日 動物血液のレオロジーと凝固挙動 - 印刷インキの流動挙動解析手法の適用 - 篠﨑俊介 1) 山口はるな 1) 有富充利 1) 渡邉宣夫 2) 大内克洋 3) 1) 株式会社 DNP ファインケミカル 2) 芝浦工業大学 3) 東京医科歯科大学 目次 1. 印刷インキの流動挙動解析手法 2. 動物血液 ( 豚 牛 ) の凝固能と流動挙動 3. まとめ 考察 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved.
1-1. インキとは 新聞 雑誌 包装等の印刷や インクジェット等に用いられる液状の着色材料 顔料 ( 粒子 ) をバインダー ( 溶剤 樹脂 ) に分散させた不均一な液体 1-3 Pa s ~ 1 2 Pa s 各成分の分散状態のイメージ図 粒径 2~8nm 顔料 樹脂 分散剤 溶剤 顔料が凝集構造を形成する状態 顔料が安定に分散する状態 成人健康者の抹消血赤血球形態 自己免疫性溶血性貧血の抹消血赤血液形態 赤血球の凝集 三輪他 : 血液細胞アトラス第 4 版,p98 等,199. 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 1 1
1-1. インキとは 新聞 雑誌 包装等の印刷や インクジェット等に用いられる液状の着色材料 顔料 ( 粒子 ) をバインダー ( 溶剤 樹脂 ) に分散させた不均一な液体 1-3 Pa s ~ 1 2 Pa s 各成分の分散状態のイメージ図 粒径 2~8nm 顔料 樹脂 分散剤 溶剤 顔料が凝集構造を形成する状態 顔料が安定に分散する状態 成人健康者の抹消血赤血球形態 自己免疫性溶血性貧血の抹消血赤血液形態 版詰り インクジェットのノズル詰り 沈降 増粘等 赤血球の凝集 三輪他 : 血液細胞アトラス第 4 版,p98 等,199. 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 2 2
1-2. レオロジーと高次構造高原料インキイ印刷レ一次相関オン相関キ次構多様な解決策ロ特構ジ 造経験則によるところが大きい性ー造値印刷適性 設計 実機で確認 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 3 3
インキ特性値現象の定量化 オロジー1-2. レオロジーと高次構造 原料インキ印刷レ一次構造 高次構造 相関 相関 印刷適性 顔料の凝集 ( 粒子連結性 ) インキ 樹脂 溶剤 流動挙動を決める 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 4 4
インキ特性値現象の定量化 オロジー1-2. レオロジーと高次構造 原料インキ印刷レ一次構造 高次構造 相関 相関 印刷適性 特性 インキ特性値 印刷適性 ガラス板流度 つぼダレ顔料の凝集 ( 粒子連結性 ) 新聞 チラシ パッケージ距インキ離用途 : 流動性 静置流動 増粘 つぼ上り スプレッド流度 ドットゲイン転移 粘着性 タック 増粘 紙剥け転移 飛散性 ミスチング 汚れ 流動挙動を決める 樹脂 溶剤 距離高速回転飛散量 市販インキ 7 点 の検討 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 5 5
1-3. レオロジーとインキ特性値との相関性 インキ特性値降伏項 S 粘性項 V 弾性項 E 静置流動 低速領域 ガラス板流度 スプレッド流度 高速領域 タック ミスチング : 高い : 中程度 : 低い m n p.4.15.45.2.12.68.37.63 1 1 構造が崩れる 流れ出すのに必要な力 凝集体を単位 流れやすさ ( 流動性 ) 凝集体の破壊を伴う R 粒子連結性 流れにくさ ( 戻ろうとする力 ) ガラス板流度 FLG 2.5 2 1.5 インキ特性値 F 相関係数極大化 降伏項粘性項弾性項 S m V n E p 流動特性式 ( m + n + p = 1 各項の寄与率を示す ) 1.5 1 1.5 2 2.5 S.2 V.12 E.68 複雑な流動挙動を系統的に評価可能となった 特許登録 ; 特許 5422248 ( 平 25.11.29) 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 6 6
2-1. 豚血液および牛血液の凝固能と粘性クエン酸 Na/ 塩化 Ca 制御系 実験 血液データ : 実験 1クエン酸 Na 水溶液添加豚血液 実験 2クエン酸 Na 水溶液添加牛血液 ヘマトクリット値 45% ヘマトクリット値 43% 凝固能調整 : 実験 1 塩化 Ca 水溶液添加 実験 2 塩化 Ca 水溶液添加 ACT( 活性化全血凝固時間 ) 測定装置 : HEMOCHRON41 (ITC 社 ) レオメータ : AR-G2 (TA Instruments 社 ) 測定時間 : 実験 1 採取後 24~36 時間 実験 2 採取後 48~6 時間 測定温度 : 37 実験 1 クエン酸 Na 水溶液添加豚血液 12 8 4 R 2 =.9376.7.11.15.25M CaCl 2 aq in 1ml blood /ml η / Pa s.1.1.1 ACT 67sec 1 1 1 せん断速度 / s-1 実験 2 クエン酸 Na 水溶液添加牛血液 15 1 5 R 2 =.8437.7.11.15.25M CaCl 2 aq in 1ml blood /ml.1 6mPa s at 1s -1 6mPa s at 1s -1 η / Pa s.1.1 ACT 384sec 1 1 1 せん断速度 / s-1 クエン酸 Na 水溶液添加豚 牛血液 : 東京芝浦臓器 より購入 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 7 7
2-2. 豚鮮血の凝固能と粘性ヘパリン Na 制御系 実験 血液データ : 実験動物からの豚鮮血ヘマトクリット値 46% 凝固能調整 : ヘパリンNa 注射液添加 ACT( 活性化全血凝固時間 ) 測定装置 : HEMOCHRON41 (ITC 社 ) レオメータ : AR-G2 (TA Instruments 社 ) 測定時間 : 採取後 3~12 時間 測定温度 : 37 実験 3 ヘパリンNa 注射液添加豚鮮血 7 5 3 1 R 2 =.8592 1 2 3 4 Heparin Na 5,units/5ml in 1ml blood /ml η / Pa s.1.1.1 ACT 66sec 1 1 1 せん断速度 / s-1 4mPa s at 1s -1 豚鮮血 : 東京医科歯科大学より提供 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 8 8
2-3. 豚血液および牛血液の凝固能とレオロジー挙動クエン酸 Na/ 塩化 Ca 制御系 実験 1 クエン酸 Na 水溶液添加豚血液 12 8 4 R 2 =.325..6.12 S=σ /Pa 降伏項 粘性項弾性項 F (ACT) S m V n E p 12 8 4 12 8 4 R 2 =.776.6.12.18 V=G /Pa 12 8 4 R 2 =.8594.5.9.13.17 σ. G''. G' 1. R 2 =.8594.6.12.18 E=G'/Pa 実験 2 クエン酸 Na 水溶液添加牛血液 16 12 R 2 =.15 8 4..1.2 S=σ /Pa = σ m G n G p 16 12 8 4 16 12 血液種 凝固制御 m n p 豚 クエン酸 Na/ 塩化 Ca.. 1. 牛 クエン酸 Na/ 塩化 Ca.. 1. 8 4 R 2 =.3587.12.18.24.3 V=G /Pa 16 12 8 4 R 2 =.837 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 9 9 R 2 =.837.2.26.32 E=G'/Pa.22.27.32 σ. G''. G' 1.
2-4. 豚鮮血の凝固能とレオロジー挙動ヘパリン Na 制御系 実験 3 ヘパリン Na 注射液添加豚鮮血 7 R 2 =.24 7 R 2 =.62 7 R 2 =.9773 5 3 5 3 5 3 降伏項 1 粘性項弾性項 F (ACT) S m V n E p.8.16 S=σ /Pa = σ m G n G p 7 5 3 1.2.8.14 V=G''/Pa R 2 =.984 1.1.2.3.4.5 σ.1 G''.5 G'.4 1.2.4 E=G'/Pa 血液種 凝固制御 m n p 豚 ( 鮮血 ) ヘパリンNa.1.5.4 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 11
3-1. 実験結果からのモデル図 血液種 凝固制御 m n p 豚 牛 クエン酸 Na/ 塩化 Ca.. 1. 豚 ( 鮮血 ) ヘパリン Na.1.5.4 凝集体を単位 粘性項 V (n) 流れやすさ ( 流動性 ) 凝集体の破壊を伴う 弾性項 E (p) R 粒子連結性 流れにくさ ( 戻ろうとする力 ) 血漿成分例 : タンパク質 :Ca 2+ : ヘパリン Na 血球成分例 : 赤血球等 : 血小板 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 111
3-1. 実験結果からのモデル図 血液種 凝固制御 m n p 豚 牛 クエン酸 Na/ 塩化 Ca.. 1. 豚 ( 鮮血 ) ヘパリン Na.1.5.4 凝集体を単位 粘性項 V (n) 流れやすさ ( 流動性 ) 凝集体の破壊を伴う 弾性項 E (p) R 粒子連結性 流れにくさ ( 戻ろうとする力 ) 血漿成分例 : タンパク質 :Ca 2+ : ヘパリン Na 血球成分例 : 赤血球等 : 血小板 Ca 2+ イオン架橋反応による血液成分の凝固 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 1212
3-1. 実験結果からのモデル図 血液種 凝固制御 m n p 豚 牛 クエン酸 Na/ 塩化 Ca.. 1. 豚 ( 鮮血 ) ヘパリン Na.1.5.4 凝集体を単位 粘性項 V (n) 流れやすさ ( 流動性 ) 凝集体の破壊を伴う 弾性項 E (p) R 粒子連結性 流れにくさ ( 戻ろうとする力 ) 血漿成分例 : タンパク質 :Ca 2+ : ヘパリン Na 血球成分例 : 赤血球等 : 血小板 ヘパリンNaが系内タンパク質と複合体を形成 成分間の相互作用変化を伴う複雑な流動挙動を示していると推察 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 1313
3-2. 豚血漿の凝固能と粘性 凝固能とレオロジーパラメータの相関クエン酸 Na/ 塩化 Ca 制御系 実験 血液データ : クエン酸 Na 水溶液添加豚血液の血漿 凝固能調整 : 塩化 Ca 水溶液添加 ACT 測定装置 : HEMOCHRON 41 (ITC 社 ) レオメータ : AR-G2 (TA Instruments 社 ) 測定時間 : 採取後 48~6 時間 測定温度 : 37 実験 4 7.1 ACT 594sec 5 3 R 2 =.8112 1.15.2.25.3.25M CaCl 2 aq in 1ml blood /ml η / Pa s.1.1 1 1 1 せん断速度 / s-1 2mPa s at 1s -1 7 R 2 =.9745 7 R 2 =.988 7 R 2 =.9989 5 3 5 3 5 3 1..3.6 S=σ /Pa 1.2.23.26 V=G''/Pa 1.3.5.7 E=G'/Pa クエン酸 Na 水溶液添加豚血液の血漿 : 東京芝浦臓器 より購入した豚血液より分離 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 1414
3-3. まとめ 考察 豚 牛血液について クエン酸 Na/ 塩化 Ca 制御系で ACT 測定とレオロジー測定を実施 凝固能をインキの流動挙動解析手法により解析 貯蔵弾性率 G が支配的であることが判明 < 考察 > Ca イオン添加は イオン架橋反応による血液成分の凝固と推察され 固体成分の増加に伴う弾性率支配の現象が主として生じているものと思われる インキにおける 高速領域 ( 回転 ) のミスチング ( インキの飛び散り : 弾性項支配 ) に極めて類似した流動挙動を示していると考えられる 豚鮮血について ヘパリン Na 制御系で ACT 測定とレオロジー測定を実施 流動挙動解析から 損失弾性率 G と貯蔵弾性率 G が支配的であることが判明 < 考察 > 多糖類であるヘパリン Na は系内タンパク質と複合体を形成することが知られていることから ヘパリン Na 添加は系全体のチクソ性の変化を生じると推察される インキの 低速領域 即ちインキに一定の弱い力 / 時間をかけた時の流動挙動に類似し 成分間の相互作用変化を伴う複雑な流動挙動を示していると思われる ( 降伏項 粘性項 弾性項が寄与 ) 211 Dai Nippon Printing Co.,Ltd. All Rights Reserved. 1515