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水中衝撃波を利用した血流内薬物搬送用含気マイクロカプセルの破壊・制御技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 13450074
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 流体工学
研究機関九州工業大学 (2002-2003)
京都大学 (2001)

研究代表者

玉川 雅章  九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 助教授 (80227264)

研究分担者 赤松 映明  摂南大学, 工学部, 教授 (40025896)
川那辺 洋  京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (60273471)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
11,800千円 (直接経費: 11,800千円)
2003年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
2002年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2001年度: 6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
キーワード衝撃波 / DDS / マイクロカプセル / マイクロジェット / 気泡 / ドラッグデリバリシステム
研究概要

本研究では超音波による含気マイクロカプセル破壊型DDSの欠点を補うため,衝撃波をこのカプセル破壊に利用して,位置制御ならびに薬物導入の向上に関する基礎的研究を行う.衝撃波は単発で圧縮波が先行する立ち上がり周波数の高い波であるが,その持続時間は短く持続する超音波に比べ単発でのエネルギーは小さい.この立ち上がり周波数(数ナノ秒と言われている)が高く,数百MPaの高い圧力レベルの衝撃波を使って効率よくカプセルを破壊し,エネルギーが小さいことで超音波を用いた場合に比べて生体組織が損傷をうけることが小さくなるというのが本研究のポイントとなる.このために把握しておくべき基礎的な現象として,(1)水中内で静止した含気マイクロカプセルに衝撃波が作用したときの変形挙動の解析とその破壊現象,(2)水中内で移動(並進・回転運動)している含気マイクロカプセルに衝撃波が作用したときの変形挙動の解析とその破壊現象,の2つが挙げられる.そのため,衝撃波管または超音波素子で発生させた平面衝撃波を水中内の静止・移動している含気マイクロカプセルに作用させ,その変形挙動ならびに破壊挙動の観察をストリーク・高速度カメラを用いて解析し,同時に既に開発した衝撃波作用時の細胞の変形挙動の数理モデルを用いてマイクロカプセルの変形挙動の解析を行う.また,効率的カプセル破壊のための最適な圧力レベルや衝撃マッハ数などの条件を理論的・実験的に探り,実用にむけた実験条件の比較・検討を行った.
その結果,以下の2点が大きな成果としてあげられる
(1)気泡内包マイクロカプセルの生成手法の確立
これは,ドラッグデリバリーシステムに用いる際のカプセルを試作し,その内部にガスを封入する際の条件を調べたものであり,この結果と前年度までに得られた気泡と弾性壁の相互作用を考慮することで,カプセル壁の弾性率を決定することができる.したがって,本年度のカプセル生成手法(弾性率などの材料的性質の決定)が,破壊用カプセルの決定的な条件となりえた.
(2)圧電素子による衝撃波生成法の確立
カプセル内部での気泡変形挙動を観察するため,装置内部での微小な領域での観察が必要になると考えられ,そのための衝撃波発生装置として,圧電素子を用いた.電圧波形の制御を行うことにより,正の波を生成することができ,これを用いて,顕微鏡下のカプセルに作用させることができた.本年度の研究では,作用する圧力レベルが0.05MPa程度と低いため,内部で圧力波が弱められて,マイクロジェットが生成せず,破壊には至っていないが,圧力レベルを上昇,またはカプセル強度を落とすことによりそのシステムを確立していく方向性を得ることができた.

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (35件)

  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Deformation process of a gas bubble near curved elastic wall by shock waves for design of DDS"Proc.of the first Asian Pacific Conference on Biomechanics. Vol. 1. 17-18 (2004)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Prediction of hemolysis properties and thrombus formation using CFD for blood orifice flow"Proceedings of the Workshop on Biomechanical Engineering and Biomaterials International Symposium on Bio-inspired System. Vol. 2. 97-100 (2004)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Deformation process of microcapsules and cells using shock waves and gas bubbles for design of drug delivery systems"Proc.of the 8^<th> International Conference on Mechanics in Medicine and Biology. Vol. 1. 141 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Fundamental Investigation for Developing Drug Delivery Systems and Bioprocess with Shock Waves and Bubbles"JSME International Journal, C. 44, No. 4. 1031-1040 (2001)

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  • [文献書誌] M.Tamagawa, S.Minakawa: "Predictions of Index of Hemolysis in Shear Blood Flow (Effects of exposure time under shear stress on prediction accuracy)"JSME International Journal, Series C. 46-2. 604-613 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 皆川重治, 玉川雅章: "せん断乱流場での数値流体力学を用いた溶血予測とその検証"日本機械学会論文集B編. 67-664. 3119-3126 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tamagawa, M., I Yamanoi: "Fundamental Investigation for Developing Drug Delivery Systems and Bioprocess with Shock Waves and Bubbles"JSME International Journal Series. Vo1.44, No.4, Series C,. 1031-1040 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tamagawa, M., Minakawa, S.: "Predictions of Index of Hemolysis in Shear Blood Flow (Effects of exposure time under shear stress on prediction accuracy)"JSME Intl.J.. Vo1.46, No.2, Series C,. 604-613 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi, A.Matsumoto: "Deformation process and disintegration of microcapsules including gas bubbles by shock waves in drug delivery systems"Proc.of 23rd International Symposium on Shock Waves. Vol.1. 253 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Analysis of deformation process of cells and internal bubbles by shock waves"The Journal of the Acoustical Society of America. Vol.110, No.5. 2615 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Disintegration and deformation of cells and microcapsules using shock waves and gas bubbles for developing DDS"Proc. of 4th World Congress Biomechanics. 26 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi, A.Matsumoto: "Deformation process of a bubble near curved elastic wall"Proc.of 10th International Symposium on Flow Visualization. 264 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M Tamagawa, I. Yamanoi: "Effects of the viscosity of the liquid in the microcapsule on deformation process of a bubble for developing DDS using shock waves"The Journal of the Acoustical Society of America. Vol.112, No.5. 2316 (2002)

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  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Deformation Process of a bubble in a capsule by shock waves for developing drug delivery systems"World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering. 14.02 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Deformation process of a gas bubble near curved elastic wall by shock waves for design of DDS."Proc. of the first Asian Pacific Conference on Biomechanics. Vol.1. 17-18 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Prediction of hemolysis properties and thrombus formation using CFD for blood orifice flow"Proc. of the Workshop on Biomechanical Engineering and Biomaterials International Symposium on Bio-inspired System. Vol.2. 97-100 (2004)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Deformation process of microcapsules and cells using shock waves and gas bubbles for design of drug delivery systems"Proc. of the 8th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology. Vol.1. 14 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Deformation process of a gas bubble near curved elastic wall by shock waves for design of DDS"Proc.of the first Asian Pacific Conference on Biomechanics. Vol.1. 17-18 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Prediction of hemolysis properties and thrombus formation using CFD for blood orifice flow"Proceedings of the workshop on Biomechanical Engineering and Biomaterials International Symposium on Bio-inspired System. Vol.2. 97-100 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Deformation process of microcapsules and cells using shock waves and gas bubbles for design of drug delivery systems"Proc.of the 8^<th> International Conference on Mechanics in Medicine and Biology. Vol.1. 141 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 蒲池雅樹, 玉川雅章, 山野井一郎: "衝撃波DDS開発のための水中衝撃波とその伝播解析"第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 3-38. 407-408 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 山野井一郎, 玉川雅章, 蒲池雅樹: "衝撃波DDSにおけるマイクロカプセル内気泡の変形挙動解析"第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 3-38. 409-410 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 川島真一, 玉川雅章: "衝撃波DDS開発のためのマイクロカプセルの試作と力学的特性"第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 3-38. 23-24 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi: "Disintegration and deformation of cells and microcapsules using shock waves and gas bubbles for developing DDS"Proc. of 4^<th> World Congress Biomechanics. 26 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa, I.Yamanoi, A.Matsumoto: "Deformation process of a bubble near curved elastic wall"Proc. of 10^<th> International Symposium on Flow Visualization. 1. 264 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M Tamagawa, I.Yamanoi: "Effects of the viscosity of the liquid in the microcapsule on deformation process of a bubble for developing DDS using shock waves"The Journal of the Acoustical Society of America. Vol.112 No.5. 2316 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa, S Minakawa: "Predictions of Index of Hemolysis in Shear Blood Flow -Effects of Exposure Time under Shear Stress on Prediction Accuracy-"Japan Society of Mechanical Engineer International Journal, Series C. (To be Published). (2003)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 玉川雅章: "バイオプロセスにおける水中衝撃波の気泡内包細胞内伝播シミュレーション"日本機械学会第15回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. No.02-35. 413-414 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 山野井一郎, 玉川雅章, 松尾純明: "衝撃波DDS開発のための弾性壁面近傍での気泡変形挙動解析"日本機械学会第15回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. No.02-35. 241-242 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 皆川重治: "せん断乱流場での数値流体力学を用いた溶血予測とその検証"日本機械学会論文集 B編. Vol.67 No.664. 3119-3126 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Fundamental Investigation for Developing Drug Delivery Systems and Bioprocess with Shock Waves and Bubbles (Numerical Analysis of Deformation of Cell Model and Observation of Bubble Behavior near the Cell-Membrane Model)"JSME International Journal, Series C. Vol.44 No.4. 1031-1040 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Analysis of deformation process of cells and internal bubbles by shock waves"The Journal of the Acoustical Society of America. Vol.110, No.5. 2615 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Prediction methods for hemolysis in turbulent shear flow using CFD"Proceeding of the 5th International Symposium on Computer Method in Bimechanics and Biomedical Engineering. Vol.1. 53 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] M.Tamagawa: "Deformation process and disintegration of microcapsules including gas bubbles by shock waves in drug delivery systems"Proceeding of the 23rd International Symposium on Shock Waves. 253 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 松本淳: "衝撃波バイオプロセスにおける細胞破壊"日本機械学会第12回バイオエンジニアリング学術講演会・秋季セミナ講演論文集. No.1-27. 81 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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