数値シミュレーションによる帯電性粒子の肺内沈着挙動の解析

抄録

肺に吸入される粒子が人体に及ぼす影響を理解するには，粒子がどのようなメカニズムで気流と共に肺内に到達するのかを解析する必要がある．大気中のエアロゾル粒子は一般的に帯電することが知られているため，古くから肺沈着に対する帯電の影響が示唆されてきた．しかし，肺内のエアロゾル粒子の運動挙動を直接観測することは困難であるため，肺沈着に対する帯電の影響について詳細な解析が得られていない．そこで，本研究では粒子－粒子間あるいは粒子－肺壁面間の静電気力を考慮した数値シミュレーションを用いて，吸入デバイス内における粒子の帯電現象および肺内における帯電粒子の運動挙動を解析した．さらに，デバイス内における粒子帯電の影響を踏まえ，肺内解析において帯電粒子の沈着挙動を評価した．その結果，吸入デバイス内において粒子帯電分布がシフトすること，帯電の有無によって粒子の肺到達性が変化することが明らかになった．

Graphical Abstract

Particle deposition in a human lung model: (a) q = 0; (b) q = +1e.