| Research Abstract |
マイクロバブルに秘められた機能性の活用による医療の高度化を見据え,マイクロバブル流体の潤滑,音響,熱の力学特性を効率よく数値解析する手法を整備し,その活用を支援するマルチスケール解析法の開発を進めた.壁面が存在する変形気泡周りの流れを数値解析し,マイクロバブルに働く揚力に対する壁面・気泡間隙距離,気泡の移動速度,気泡周囲のせん断速度の影響を明らかにした.また,生体力学で鍵となる生体組織や膜などの材質の柔軟性を捉えるため,固定格子上で流体・構造連成問題を容易に実現する計算手法を開発した.そして,その妥当性を検証するとともに,複雑な境界を持つ問題への有効性を確認した.また,膜の動力学を考慮して,超音波中における,ネオフック膜で覆われたマイクロバブルの体積・変形運動を数値解析した.そして,膜の存在により気泡の固有振動数が高くなること,駆動圧力パルスが高く膜面収縮に伴う面応力が大きくなる場合,半径モードに対する変形モードの固有振動数の比が約0.5の条件で変形運動が成長し,顕在化することを明らかにし,Drug Delivery Systemでの薬剤投与の制御に関連する知見を得た.さらに,気泡の体積振動に伴う周囲液体の粘性散逸による発熱影響を,粗視化した内部エネルギ発展式の点源生成項としてモデル化し,マイクロバブルを含む超音波音場をEuler-Lagrange/two-way coupling法により数値解析した.そして,超音波強度や初期ボイド率がある閾値を超え,気泡振動に強い非線形性が現われると焦点付近の発熱量が増大すること,ボイド率が高くなると,加熱領域が葉巻型からオタマジャクシ型に変化することなど,High Intensity Focused Ultrasoundを模擬した実験で観測された結果を定性的に再現することを確認した.
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