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気泡崩壊現象の解明とその医療応用に関する研究

Research Project

Project/Area Number 11J09745
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

神保 佳典  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords流体工学 / 気泡 / キャビテーション / がん治療技術 / ソノポレーション / 衝撃波 / 非平衡相変化 / 数値解析 / 気液二相流 / 液体ジェット
Research Abstract

1.キャビテーションを想定した気泡崩壊
キャビテーションは,生体内において気泡崩壊を,気泡を導入することなく,利用する方法として広く用いられており,加えて,これまでの基礎的な研究よりその内部において非常に高温・高圧な場や高速な液体ジェットが発生していることが考えられ,気泡崩壊を利用した医療の最適化条件を得るために,それらを定量的に評価することが重要となる.本年度では,界面における相変化の取り扱い手法の検証として,Sucking interface問題等を扱い,手法の妥当性を示した.次に,キャビテーションにおける気泡崩壊を想定した軸対称二次元計算として,大気圧下で球形に収縮している気泡と衝撃波との干渉を解析し,以下の知見を得た.(i)初期気泡体積の数万分の1まで小さくなる気泡の非球形崩壊を,衝撃波や界面微細構造,非平衡相変化を考慮した上で計算し,Klaseboerら(2007)の実験結果と良好に一致する結果(気泡重心の移動量,衝撃波圧力値)を得た.(ii)非球形気泡崩壊においても,相変化の影響により,気泡内空間平均温度ならびに圧力の最大値が高くなる.(iii)衝撃波の波形の影響として,衝撃波に続く負圧の作用により,気泡の衝撃波進行方向への非球形崩壊(ジェット形成等)は弱められ,気泡挙動は中立崩壊に近づく.
2.生体壁面近傍での気泡崩壊と壁面内への薬剤輸送
Kodamaら(2009)により細胞内への薬剤の直接導入医療の効率向上に気泡が有用であることが示されているが,その機構は理解されていない.本研究では,導入に関連すると考えられる気泡崩壊時の衝撃波やジェット,渦流れを直接計算した上で,それらに駆動される壁面変形および気泡周囲の物質の輸送過程を計算した.柔らかい壁面近傍では,渦流れにより壁面が変形し,表面積が増加することにより,硬い壁面に比べて,薬剤の壁面への導入量が増加した.

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2012 2011

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (17 results)

  • [Journal Article] Direct Numerical Simulations of Nonspherical Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      Jinbo Yoshinori
    • Journal Title

      NONLINEAR ACOUSTICS STATE-OF-THE-ART AND PERSPECTIVES : 19th International Symposium on Nonlinear Acoustics. AIP Conference Proceedings

      Volume: 1474 Pages: 139-142

    • DOI

      10.1063/1.4749315

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis of Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      神保佳典
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS Series B

      Volume: 78 Issue: 791 Pages: 1302-1317

    • DOI

      10.1299/kikaib.78.1302

    • NAID

      130002050780

    • ISSN
      0387-5016, 1884-8346
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      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical Investigations of Nonspherical Bubble Collapse near Boundaries by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      Jinbo Yoshinori
    • Journal Title

      Proceedings of the 8th International Symposium on Cavitation

      Volume: Paper No.202 Pages: 643-648

    • DOI

      10.3850/978-981-07-2826-7_202

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      2012 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Numerical Investigation of Viscous Effect on the Bubble Collapse in a Compressible Liquid with the Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      Ogasawara T., Morimoto M., Jinbo Y., Takahira H.
    • Journal Title

      Proceedings of the 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference

      Volume: No.GSF32-003(USBメモリ) Pages: 4-4

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      Kuzutani K., Jinbo Y., Takahira H.
    • Journal Title

      Proceedings of the 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference

      Volume: No.FR04-001(USBメモリ) Pages: 2-2

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    • Author(s)
      二木和宏, 神保佳典, 高比良裕之
    • Journal Title

      混相流

      Volume: 25 Pages: 459-467

    • NAID

      10030553530

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      2011 Annual Research Report
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  • [Journal Article] 境界要素法ならびにGhost Fluid法を用いた非球形気泡崩壊に関する研究2012

    • Author(s)
      神保佳典
    • Journal Title

      大阪府立大学博士論文

      Pages: 222-222

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  • [Journal Article] Application of an Improved Ghost Fluid Method to the Collapse of Non-Spherical Bubbles in a Compressible Liquid2011

    • Author(s)
      Takahira H., Jinbo Y.
    • Journal Title

      Proceedings of ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011

      Volume: AJK2011-04027(USBメモリ) Pages: 12-12

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  • [Journal Article] Numerical Investigations of Thermal Effects on the Interaction of Shock Waves with Bubbles2011

    • Author(s)
      Jinbo Y., Takahira H.
    • Journal Title

      Proceedings of ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011

      Volume: AJK2011-33022(USBメモリ) Pages: 11-11

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  • [Presentation] 壁面近傍における気泡崩壊に伴う薬剤輸送に関する数値シミュレーション2012

    • Author(s)
      葛谷健士郎
    • Organizer
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
    • Year and Date
      2012-12-18
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      板谷翔平
    • Organizer
      第26回数値流体力学シンポジウム
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      国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
    • Year and Date
      2012-12-18
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  • [Presentation] 衝撃波と蒸気泡との干渉に及ぼす非平衡相変化の影響2012

    • Author(s)
      神保佳典
    • Organizer
      キャビテーションに関するシンポジウム(第16回)
    • Place of Presentation
      金沢工業大学(石川県)
    • Year and Date
      2012-11-23
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Ghost Fluid法を用いた衝撃波とキャビテーション気泡との相互干渉に関する数値解析(非平衡相変化の影響)2012

    • Author(s)
      神保佳典
    • Organizer
      日本流体力学会 年会2012
    • Place of Presentation
      高知大学(高知県)
    • Year and Date
      2012-09-18
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Investigations ofNonspherical Bubble Collapse near Boundaries by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      Jinbo Yoshinori
    • Organizer
      The 8th International Symposium on Cavitation
    • Place of Presentation
      Novotel Clark Quay(Singapore)
    • Year and Date
      2012-08-14
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct Numerical Simulations of Nonspherical Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      Takahira Hiroyuki
    • Organizer
      19th International Symposium on Nonlinear Acoustics
    • Place of Presentation
      Waseda University (Tokyo)
    • Year and Date
      2012-05-22
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Investigation of Viscous Effect on the Bubble Collapse in a Compressible Liquid with the Ghost Fluid Method2012

    • Author(s)
      Ogasawara T., Morimoto M., Jinbo Y., Takahira H.
    • Organizer
      The 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • Place of Presentation
      Incheon, Korea
    • Year and Date
      2012-03-20
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  • [Presentation] Numerical Simulations for Drug Delivery with Bubble Collapse Induced by a Shock Wave2012

    • Author(s)
      Kuzutani K., Jinbo Y., Takahira H.
    • Organizer
      The 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • Place of Presentation
      Incheon, Korea
    • Year and Date
      2012-03-20
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  • [Presentation] 非凝縮性気体が相変化を伴う球形気泡の崩壊に及ぼす影響2012

    • Author(s)
      板谷翔平, 神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2012-03-17
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体壁近傍における衝撃波と気泡との干渉に関する数値解析(生体表面の特性が気泡崩壊に及ぼす影響)2012

    • Author(s)
      神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2012-01-07
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  • [Presentation] Ghost Fluid法を用いた気液界面における相変化を伴う気泡崩壊に関する数値解析2011

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      神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      第25回数値流体力学シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2011-12-20
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  • [Presentation] 衝撃波と気泡との干渉による薬剤輸送に関する数値シミュレーション2011

    • Author(s)
      葛谷健士郎, 神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      日本機械学会2011年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2011-09-14
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  • [Presentation] 相変化を伴う気泡崩壊問題のためのGhost Fluid法に関する考察2011

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      神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      日本流体力学会年会2011
    • Place of Presentation
      首都大学東京
    • Year and Date
      2011-09-07
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  • [Presentation] 粘性を考慮したGhost Fluid法による気泡崩壊に関する数値シミュレーション2011

    • Author(s)
      森本充洋, 神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      日本混相流学会年会講演会2011
    • Place of Presentation
      京都工芸繊維大学
    • Year and Date
      2011-08-06
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  • [Presentation] Ghost Fluid法を用いた気液二相流での圧力波の伝播に関する二次元直接数値計算2011

    • Author(s)
      二木和宏, 神保佳典, 高比良裕之
    • Organizer
      日本混相流学会年会講演会2011
    • Place of Presentation
      京都工芸繊維大学
    • Year and Date
      2011-08-06
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  • [Presentation] Application of an Improved Ghost Fluid Method to the Collapse of Non-Spherical Bubbles in a Compressible Liquid2011

    • Author(s)
      Takahira H., Jinbo Y.
    • Organizer
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • Place of Presentation
      Hamamatsu, Japan(招待講演)
    • Year and Date
      2011-07-28
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Investigations of Thermal Effects on the Interaction of Shock Waves with Bubbles2011

    • Author(s)
      Jinbo Y., Takahira H.
    • Organizer
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • Place of Presentation
      Hamamatsu, Japan
    • Year and Date
      2011-07-28
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      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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