ミクロンサイズ気泡の超音波マニピュレーションとその応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650454
• Research Institution: Faculty of Engineering, Gunma University
• Principal Investigator: 山越 芳樹 群馬大学, 工学部, 教授 (10174640)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井田 真人 群馬大学, 工学部, 中核的研究機関研究員 ; 増田 信之 群馬大学, 工学部, 助手 (60323333)
• Keywords: 超音波 / 気泡 / マニュピュレーション / 音響放射圧 / Bjerknes力 / トラッピング / 気泡の特性化 / 気泡集合

Research Abstract

医用診断・治療の分野で直径数μm以下の微小気泡が注目を集めている。赤血球よりも小さなこのような微小気泡は毛細血管を自在に通り抜けることができるために超音波エコー法でのコントラスト剤として、また血管を通して薬剤を直接患部に搬送する将来のドラッグ・デリバリ・システムでの薬液キャリアーとして、さらには生体中で遺伝子を細胞へ打ち込むための遺伝子銃としての役割も期待されている。本研究の研究代表者は、ここ数年来、超音波による微粒子のマイクロマニュピュレーションとその医療、計測、制御への応用について研究を行い得られた成果を関連学会で報告してきているが、本研究ではこれら成果にもとづいてμmサイズの微小気泡の超音波マニピュレーションについて、1)シミュレーションを駆使した気泡ダイナミクスの解明、2)基礎実験から動物実験までをも含む詳細な実験的検討、3)これら知見に基づく新たな応用の開発、の3つの観点から研究を行うことを目的とした。具体的な成果として、まず数値解析については気泡膜の表面張力の影響を考慮した完全3次元モデルでのコードを完成させた。これにより複数気泡が存在する場合での気泡の非線形振動について解析を行い、気泡の儀集現象、気泡からの高調波発生とそれが気泡ダイナミクスに与える影響について検討を行った。次に実験的検討については、研究室既存の超音波送波系をもとに4つの独立な超音波を同時に送波できる気泡操作実験系を試作した。この系を用いて実験を行ったが、特に、ヒト赤血球が気泡トラッピングに及ぼす影響についての検討、10種類以上の特性の異なる気泡を用いた詳細な気泡ダイナミクスの研究等を行うことができた。新たな応用については、気泡のトラッピングパターンからの気泡の新たな特性化技術の開発を行うことができた。

Research Products

• [Publications] Y.Yamakoshi, N.Ozawa, N.Chelly, Y.Kurita, N.Masuda: "Characterization of Secondary Ultrasonic Waves Radiated from Bubbles Based on Small-Bubble Trapping Pattern Analysis"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41 No.5B. 3559-3562 (2002)
• [Publications] N.Chelly, Y.Yamakoshi, Y.Sawada, T.Sakamaku, M.Ida, N.Masuda, Y.Ozawa: "Effects of Red Cells on Ultrasonic Wave Micro bubble Trapping"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41 No.5A. 3145-3146 (2002)
• [Publications] 山越芳樹: "特集-超音波エネルギーを使った治療法、"超音波によるマイクロバブルのトラッピング"超音波TECNO. Vol.14 No.1. 55-58 (2002)
• [Publications] 山越芳樹: "超音波による微小気泡のハンドリング"日本音響学会誌. Vol.58 No.10. 659-662 (2002)
• [Publications] Y.Yamakoshi, Y.Ozawa: "Holographic Visualization of Secondary Ultrasonic Waves Radiated from Micro Bubble"IEEE Int. Symp. Abstract. 323-324 (2002)