2017 Fiscal Year Research-status Report
点集中型パラメトリックスピーカの振動現象の解明と細胞培養用力学刺激装置への応用
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17K18848
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
有我 祐一 山形大学, 大学院理工学研究科, 助教 (40372338)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 超音波 / 振動 / 非線形音響学 / 音響放射力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，（目的1）独自に開発した点集中型パラメトリックスピーカの加振のメカニズムを理論的に解明すると同時にその性能を定量的に評価する，（目的2）上記加振器を培養細胞に対して周期的な応力を作用させることで細胞の分化を促進する装置へ応用する，これら2点を目的としている．
本年度は，目的１のために，まず，(成果1)「音圧分布測定装置の構築と計測」を行った．短冊状の薄いプラスチック板を加振ターゲットとし，パラメトリックスピーカから発せられた音圧によって生じた変位を2次元ラインスキャン型レーザ変位計によって計測する．加振ターゲットとレーザ変位計は同一の台に相対位置が変化しないように配置し，その台を水平および垂直に移動させることができる2軸移動機構を用いてスピーカ前方の領域を微小移動させながら音圧分布を自動測定する装置を構築した．その結果，収束半径が異なる3種類スピーカの音圧分布の計測と，発生している加振力の見積もりができた．同時に，汎用物理シミュレーションソフトであるCOMSOL Multiphysicsを用いて超音波による振動現象のモデル化を図った．簡易なモデルで検討した結果，(成果2)加振力は超音波に起因した音響放射力により発現していることが示唆された．しかし，現時点では実際のパラメトリックスピーカのモデル化までは至っていない．
また，目的２のために，細胞培養用動的力学刺激装置の基本システムのうち，(成果3)2軸回転可能なステージの試作を行った．これは次年度予定を繰り上げて実施した．この結果，反射板中央をピボットとして二つの回転自由度を持つ機構を構築した．しかし，角度の分解能が約3度程度と荒いため，次年度は角度分解能1度程度を目指して改良を行う．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度計画の「加振性能の定量的な評価」項目のうち， 音圧分布測定装置の構築と計測，および加振力の見積もりは実施済みである．一方，超音波による振動現象のモデル化は簡易モデルでの検討までに留まり，現時点では実際のパラメトリックスピーカのモデル化までは至っていない．これは解析ソフトの習熟度に起因しており，現在解析モデルの構築と同時に習熟度を深めているため次年度の早い段階で終える予定である．また， 本来は次年度に予定していた細胞培養用動的力学刺激装置の基本システム構築を先行して進めているため，未達の解析に時間を割くことができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，(1)実際のパラメトリックスピーカのモデル化と実験結果との比較・評価，(2)高分解能をもつ2軸回転可能なステージの開発，(3)ゲルを用いた加振力の定量的な評価，これらを実施し，養中の細胞に対して周期的な応力を加えることで細胞の分化促進を促す装置の開発を目指す．
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| Causes of Carryover |
その他に計上していたCOMSOL Multipysicsのメンテナンス料の支払いが予算交付時期より前であったため，別途大学校費で充当した．次年度は，計画に通りに本予算から充当する．
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