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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

研究課題

研究課題/領域番号 11J09745
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 流体工学
研究機関大阪府立大学

研究代表者

神保 佳典  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2011 – 2012
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード流体工学 / 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
研究概要

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.

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (17件)

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

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Yoshinori
    • 雑誌名

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

      巻: 1474 ページ: 139-142

    • DOI

      10.1063/1.4749315

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [雑誌論文] Ghost Fluid法を用いた非平衡相変化を伴う気泡崩壊に関する数値解析2012

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集B編

      巻: 78 号: 791 ページ: 1302-1317

    • DOI

      10.1299/kikaib.78.1302

    • NAID

      130002050780

    • ISSN
      0387-5016, 1884-8346
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigations of Nonspherical Bubble Collapse near Boundaries by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Yoshinori
    • 雑誌名

      Proceedings of the 8th International Symposium on Cavitation

      巻: Paper No.202 ページ: 643-648

    • DOI

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

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigation of Viscous Effect on the Bubble Collapse in a Compressible Liquid with the Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Ogasawara T., Morimoto M., Jinbo Y., Takahira H.
    • 雑誌名

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

      巻: No.GSF32-003(USBメモリ) ページ: 4-4

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] Numerical Simulations for Drug Delivery with Bubble Collapse Induced by a Shock Wave2012

    • 著者名/発表者名
      Kuzutani K., Jinbo Y., Takahira H.
    • 雑誌名

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

      巻: No.FR04-001(USBメモリ) ページ: 2-2

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [雑誌論文] 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2012

    • 著者名/発表者名
      二木和宏, 神保佳典, 高比良裕之
    • 雑誌名

      混相流

      巻: 25 ページ: 459-467

    • NAID

      10030553530

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 雑誌名

      大阪府立大学博士論文

      ページ: 222-222

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of an Improved Ghost Fluid Method to the Collapse of Non-Spherical Bubbles in a Compressible Liquid2011

    • 著者名/発表者名
      Takahira H., Jinbo Y.
    • 雑誌名

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

      巻: AJK2011-04027(USBメモリ) ページ: 12-12

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigations of Thermal Effects on the Interaction of Shock Waves with Bubbles2011

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Y., Takahira H.
    • 雑誌名

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

      巻: AJK2011-33022(USBメモリ) ページ: 11-11

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      葛谷健士郎
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
    • 年月日
      2012-12-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Ghost Fluid法を用いた剛体壁面近傍におけるキャビテーション気泡の崩壊に関する数値的検討2012

    • 著者名/発表者名
      板谷翔平
    • 学会等名
      第26回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      国立オリンピック記念青少年総合センター(東京都)
    • 年月日
      2012-12-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 学会等名
      キャビテーションに関するシンポジウム(第16回)
    • 発表場所
      金沢工業大学(石川県)
    • 年月日
      2012-11-23
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      神保佳典
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2012
    • 発表場所
      高知大学(高知県)
    • 年月日
      2012-09-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Investigations ofNonspherical Bubble Collapse near Boundaries by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Yoshinori
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Cavitation
    • 発表場所
      Novotel Clark Quay(Singapore)
    • 年月日
      2012-08-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Direct Numerical Simulations of Nonspherical Bubble Collapse with Nonequilibrium Phase Transition by the Improved Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Takahira Hiroyuki
    • 学会等名
      19th International Symposium on Nonlinear Acoustics
    • 発表場所
      Waseda University (Tokyo)
    • 年月日
      2012-05-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Investigation of Viscous Effect on the Bubble Collapse in a Compressible Liquid with the Ghost Fluid Method2012

    • 著者名/発表者名
      Ogasawara T., Morimoto M., Jinbo Y., Takahira H.
    • 学会等名
      The 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 発表場所
      Incheon, Korea
    • 年月日
      2012-03-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Simulations for Drug Delivery with Bubble Collapse Induced by a Shock Wave2012

    • 著者名/発表者名
      Kuzutani K., Jinbo Y., Takahira H.
    • 学会等名
      The 8th KSME-JSME Thermal and Fluids Engineering Conference
    • 発表場所
      Incheon, Korea
    • 年月日
      2012-03-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      板谷翔平, 神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2012-03-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      日本機械学会第24回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2012-01-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      第25回数値流体力学シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2011-12-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      葛谷健士郎, 神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2011-09-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      日本流体力学会年会2011
    • 発表場所
      首都大学東京
    • 年月日
      2011-09-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      森本充洋, 神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演会2011
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2011-08-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      二木和宏, 神保佳典, 高比良裕之
    • 学会等名
      日本混相流学会年会講演会2011
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学
    • 年月日
      2011-08-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Application of an Improved Ghost Fluid Method to the Collapse of Non-Spherical Bubbles in a Compressible Liquid2011

    • 著者名/発表者名
      Takahira H., Jinbo Y.
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      Hamamatsu, Japan(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-28
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Investigations of Thermal Effects on the Interaction of Shock Waves with Bubbles2011

    • 著者名/発表者名
      Jinbo Y., Takahira H.
    • 学会等名
      ASME-JSME-KSME Joint Fluids Engineering Conference 2011
    • 発表場所
      Hamamatsu, Japan
    • 年月日
      2011-07-28
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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