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学生生活

生体医工学科の一品

非ニュートン流体(ポリアクリル酸ナトリウム)

学生
先生の講義で「血液は非ニュートン流体だ」と教わりましたが,水のようなニュートン流体と何が違うのか,よくわからないんですけど。
先生
一言で言うなら,液体のドロドロ,サラサラの程度が流れの速さによって変わる液体が非ニュートン流体で,流れの速さによらず一定なのがニュートン流体なんだよ。血液の場合には,流れが遅いときには赤血球が凝集してドロドロになり,流れを早くすると赤血球がバラバラになるのでサラサラになるんだよ。

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学生
それじゃ,体の中で心臓が収縮して血液がバッと流れるときににはサラサラで,血液があまり流れない心臓拡張期にはドロドロになっていると言うことですか?
先生
そういうわけじゃないんだ。
さっきも言ったけどドロドロ,サラサラの程度,このことを専門用語では「粘度」と言うんだけど,血液の粘度を変化させているのは赤血球凝集の程度なんだ。赤血球がある程度の大きさに凝集するには数十秒位かかるんだよ。だから1秒に1回血液がバッと流れる動脈では血液の粘度はあまり変化していないんだよ。だけど,血流速度が速い動脈と遅い静脈を比べたら,動脈では血液粘度は低くサラサラしていて,静脈では血液粘度は高く動脈血に比べてドロドロしているんだよ。
学生
エコノミー症候群と関係がありそうですね!
先生
正式には静脈血栓塞栓症という病気だね。飛行機の国際線エコノミークラスの乗客に起きやすいために俗にエコノミークラス症候群と言われているんだね。鋭いね!その通り!長い時間椅子に座っていると,動脈ではなく静脈で血栓(血の塊)が発生しやすいのは静脈では血液の粘度が元々高くなっているからなんだ。その血栓が血流にのって肺へ流れ肺動脈が詰まると息苦しくなると言う病気だね。

話を戻そう。
実は血液には水にないもう一つの性質があります。ここで問題です。それはどのような性質でしょうか?

学生
えーっと。全くわかりません。
先生
答えは弾性です。
学生
弾性って,どういうことですか?
先生
バネのように引っ張ったら戻ろうとする性質を弾性と言うよね!実は流体の中にもその弾性的な性質を示す液体があるんです。ただし,液体なので,バネのように引っ張ったりすることはできないから,別の方法で弾性的な性質を調べるんだよ。
学生
どんな方法ですか?
先生
この瓶の中に血液よりも弾性的性質の強いポリアクリル酸ナトリウム水溶液が入っています。この瓶を激しく振って空気の泡を作ってみるよ。[ガシャガシャ]この水溶液は粘度がとても高いので,作った泡は簡単には浮いていかないのがわかるかな? それじゃ,この瓶を軽く振って見てご覧。泡がどのような動きをするかな?

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学生
あっ!先生!ゼリーのようにプヨプヨしてます。
先生
もっとよく見てご覧。
ゼリーとはどこが違うかな?瓶を上下逆さまにしてごらん覧。
学生
大きな空気の塊は上に浮いていきますが,小さな泡はそれを避けるように動いています。ゼリーだったら大きな空気の塊がゼリーの中を動くことはないはずです。
先生
つまり,これはゼリーのような固体,正確にはゲルではないんだよ。やっぱり液体なんだね。でもその中の泡はまるでゼリーの中にあるかのように瓶を揺り動かすと往ったり来たりを繰り返す。これは何も泡だけがその様に動いているんじゃなくて,泡の周りの液体も同じように動いているんだよ。このように揺り戻しが起こることが流体の弾性的な性質なんだね。
学生
よくわかりました。血液にもこの物質が少し入っているんですか?
先生
はっはっは。ポリアクリル酸ナトリウムは人工的に作った物で,生体内には存在しないよ。血液粘度のときにも話したけど,やはり赤血球が原因で,赤血球が弾性的な性質を持っているので,血液が弾性的な性質を示すんだよ。何せ,血液の約半分が赤血球だからね。
学生
じゃ,この液体は何なんですか?
先生
これはあくまでも弾性流体を理解するために用意しただけだよ。ポリアクリル酸ナトリウムは体に無害だから,食品にも使われているんだよ。他にもキサンタンガムなんかも食品の増粘剤としてよく使われているよ。タマゴサンドなんかの使用材料表示をよく見てみると「キサンタンガム(増粘多糖類)」なんて表示があるはずさ。
学生
ちょっとさわってみて良いですか?
先生
構わないよ。手に塗ってみたらいいよ。
学生
すごいヌルヌル!なんか手がスベスベになったようです。まるで乳液かクリームを塗ったようです。
先生
実はこのポリアクリル酸ナトリウムは化粧水やローションの主成分なんだよ。肌を滑らかにするだけじゃなくて,保湿効果もあるんだよ。この溶液に香料やコラーゲンだとか各社独自の肌にいい成分を加えたのが市販されている化粧水だよ。
学生
これを少しいただいていいですか?家に帰ってから,足とかに塗ってみたいんですけど。
先生
少しなら構わないけど,これには防腐剤が入っていないからあまり長く置いておくと水が腐ってくるので,気を付けてね。非ニュートン流体の勉強のためにあげるんだから,そのことを忘れないように。

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