| 研究課題/領域番号 |
20H02097
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
森田 剛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60344735)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
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| キーワード | 強力超音波 / 集束超音波 / 高周波 / 楕円集束機構 / DPLUS / 圧電振動 / 二重放物面反射 / 高周波振動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、従来は数10kHzから100kHz程度に制限されていた強力超音波研究をMHz帯の未開拓領域へと大きく展開するための基礎研究を実施することを目的とする。この実現に向けて、応募者独自の発想に基づく「対向する二重放物面構造による導波路への強力超音波導入機構(DPLUS)”」の基本特性の解明、設計指針の確立、性能向上、応用展開を行う。この研究を通してDPLUSを基盤デバイスとした高周波強力超音波という新学術領域を創成するとともに、医学、工学、理学、生物学における超音波技術の応用研究に大きく貢献していくことが期待される。
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| 研究実績の概要 |
MHz帯において強力超音波を出力するための振動子について、その設計指針を確立し、バイオや医療関係に応用していくことを本研究の目的としている。本研究で提案しているDPLUSは縦波入力波を二つの楕円反射面で集束して細棒導波路に入力し、その先端から強力超音波として出力することに特長を有している。これは、従来の強力超音波を出力するためのランジュバン振動子とは異なり、マルチモードであることが特長である。
本年度は、二重放物面反射を利用したDPLUSを用いて、細棒導波路から高出力超音波が出力される超音波出力を利用して細胞のカルシウムイメージングを確認した。この実験結果により、細胞の分化誘導や細胞分裂促進などの超音波照射効果についての研究において、DPLUSが有効に利用できることを実証できた。
また、このような共振駆動においてではなく、バースト駆動時などの場合における超音波伝搬メカニズムを詳細に検討した。この結果、圧電リングから出力された縦波振動が二回の放物面で反射して導波路に入力される振動に対して、1回目の放物面反射で縦波横波モード変換した波が集束し、細棒導波路に入射する波が非常に大きいことを見出した。さらに、反射面に対する入射角度によっては、縦波が高効率で横波に変換されることが分かった。そこで、この現象を積極的に利用することによって、縦波入力波を曲面で反射させて高効率に横波として集束させるElipsと命名した楕円反射集束機構を提案した。また、このElipsの考え方を展開し、細棒導波路からの強力超音波の高効率出力や、バルクPZTからの縦波を集束した強力弾性表面波を出力させることに成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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