2013 Fiscal Year Research-status Report
医療用ターゲティングマイクロバブルの力学的挙動の解明
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25630079
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
杉浦 壽彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70265932)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | マイクロバブル / 非線形振動 / 分子動力学計算 |
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| Research Abstract |
ターゲティングマイクロバブルの力学的挙動の解明とその医療への応用を目的として，高分子膜を有するマイクロバブルの非線形挙動について，理論，数値解析および実験による解明を進め，主に以下の研究成果を得た．
（１）バブル径による表面張力の変化を分子動力学計算から算出することに成功し，その結果をマクロ的なバブル非線形振動計算に取り込むことにより，さらに圧縮型振動やサブハーモニック共振等の実験で報告された非線形挙動が現れることを確認できた．
（２）表面モード励振や壁近傍での振動などでの非球形振動の解析を可能とする差分法的なC-CUP法および境界要素法による数値解析プログラムを開発し，球形振動時の圧縮型振動やサブハーモニック共振等の非線形挙動を計算できたほか，表面モード励振や壁近傍での振動における非球形振動の様子のシミュレーションにも成功した．
（３）２個のバブルの非線形相互作用により，バブル間距離と超音波の振動数と振幅の条件によって，連成の振動モードの分岐が発生し，一方のバブルが大振幅で共振し，もう一方が小振幅で共振する，いわゆるモードの局在化が起こりうることを，非線形ノーマルモード法や多重尺度法という非線形解析手法を用いて理論的に明らかにし，さらに数値積分や境界要素法による数値解析によってもこれを計算することができた．
（４）実験では，高速度カメラのデモ実験で，バブルの高周波振動の画像計測が可能であることを確認した．
特に（１）～（３）の成果については，（４）を発展させた実験計測による結果や，共同研究関係にあるオランダErasmus大学のNico de Jong教授の研究グループにより実験報告との比較をしながら，さらに詳細な検証を進めている．
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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
実験については高速度カメラのデモ実験による基礎検討の後，当該年度の当初の実験計画内容は次年度に先送りすることになったが，それに代わって，次年度の計画内容の理論検討の一部（表面モードの励振とモード局在化）と数値計算を先に当該年度で進めることができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は，実験では，超音波探触子によるエコー計測および高速度カメラによる画像分析を行い，当該年度の予定でありながら先送りしたマイクロバブルの基本的な非線形共振特性を調べるほか，当初の予定通り，表面モード励振，モード局在化などについても調べていく．理論と数値計算では，表面モードの励振およびモード局在化の内容をより詳細に調べる．
また，分子動力学計算では，リガンド分子の影響を調べる前にまず，膜分子の種類によるバブル振動特性への影響を調べることにする．その理由は，共同研究関係にあるオランダErasmus大学のNico de Jong教授の研究グループにより，その影響が実験で報告され始めているものの，そのメカニズムは不明のままであるため，分子動力学計算によりこの影響を解明できれば，バブルの最適設計に役立つと期待されるためである．そのうえで，リガンドを含めたモデリングを検討していく．これらの計算結果については，de Jong教授の研究グループの実験報告との比較検証をしながら，進めていく予定である．
一方，ターゲティングに関わる重要な課題として，まずはバブルと細胞壁間の相互作用に関わる近傍の流れ場について，実験と理論，数値計算による解明を試みていく．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の計画において，当該年度に予定していたマイクロバブルの実験を次年度に回し，次年度予定していたモード局在化の理論検討および数値解析を当該年度に先に進めたため．
当該年度の実行予定で先送りすることになった基礎実験，次年度予定を先行した理論検討に対応する実験，当初からの次年度予定の実験，および研究成果の学会発表（旅費）に主に使用する．
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