レーザー・アブレージョン・ドラグ・デリバリー法の開発とその衝撃波工学的研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12355009
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高山 和喜 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (40006193)
• 研究分担者: 齋藤 務 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (00302224) ; 佐宗 章弘 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (40215752) ; 井小萩 利明 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90091652) ; 高橋 明 東北大学, 医学系研究科, 教授 (40301048) ; 和田 仁 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30111264)
• キーワード: 衝撃波 / ドラグデリバリー / 衝撃波医療 / レーザー・アブレージョン / レーザーフォーカッシング / 生体損傷 / 高速衝突 / 水ジェット

研究概要

強度がやや一様な分布を持つパルスレーザー光を金属膜あるいは金属箔に照射すると、金属中に平面衝撃波が発生する、この衝撃波は伝播して平面の一方から膨脹波となって反射する。このとき金属膜は加速されて変形する。この変形を利用して金属膜上にはりつけた微粒子を数100m/sから1km/s程度の高速に加速することができる。本研究はこの事実を利用して、固体薬剤あるいは遺伝子を付着させた金属微粒子を生体中に導入するレーザー・アブレージョン・ドラッグ・デリベリー法の開発を目指すことを目標とする。本年度の研究では、Qスイッチ付ND/YAGレーザ光を記録するデジタルスコープを購入して、その特性を計測し金属膜の変形過程と微粒子の加速過程を実験的に明らかにした。既存のVISAR速度干渉計を用いて、金属膜の変形速度を計測することに成功し、この方式の有効性を明らかにしている。超音速飛行する微粒子の様子をレーザー光のミー散乱で直接計測する計測法の開発に着手している。
本年度の成果を以下に示す:
(1)金微粒子を塗布した銅薄板にQスイッチヤグレーザーを照射して、2〜5km/sの高速飛行が達成されることを実験的に確認した。
(2)ねずみ肝臓に粒子を打ち込んで最深貫入6mmを記録した。これは臨床応用への成功を示す好成果で、今後の研究の進展が大いに期待できる。
(3)また、細管内でパルスホロミウムヤグレーザー光を光ファイバーで集光させ、気泡生成に伴う微小水ジェットの発生に注目して、その発生の機序と諸特性を明らかにした。その結果、この水ジェット発生装置を外科手術の切開用メスに使用できることを確認し、今後の実用化の糸口を得た。

研究成果

• [文献書誌] Hirano T, Komatsu M, Saeki T, Uenohara H, Takahashi A, Takayama K, Yoshimoto T.: "Enhancement of fibrinolytics with a laser-induced liquid jet"Lasers Surg Med. 29・4. 360-368 (2001)
• [文献書誌] 平野孝幸, 小松真, 中川敦寛, 上之原広司, 高山和喜, 吉本高志: "レーザー誘発液体ジェットによる血栓内へのドラッグ・デリバリー"第1回3次元画像解析・レーザーフォーラム抄録集 2001. 44-45 (2001)
• [文献書誌] 平野孝幸, 小松真, 佐伯俊郎, 上之原広司, 高橋明, 高山和喜, 吉本高志: "QスイッチパルスHO:YAGレーザー脳塞栓破砕術に関する基礎研究"日本機械学会第13回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 258-259 (2001)
• [文献書誌] M.Komatsu, T.Hirano, A.Nakagawa, T.Saeki, H.Uenohara, A.Takahashi, T.Yoshimoto, K.Takayama: "Basic research on laser-induce shock/bubble interaction and water flow for medical application"Proceeding of 1st International Symposium on Advanced Fluid Information. 567-572 (2001)
• [文献書誌] 小松真, 平野孝幸, 中川敦寛, 上之原広司, 吉本高志, 高山和喜: "液体ジェットを用いた血栓破砕法の開発"第12回日本機械学会バイオエンジニアリング部門学術講演会講演論文集. 83-84 (2001)
• [文献書誌] 平野孝幸, 小松真, 中川敦寛, 上之原広司, 高山和喜, 吉本高志: "高速度撮影によるHo:YAGレーザー誘発液体ジェットの解析"高速度撮影のフォトニクスに関する総合シンポジウム論文集. 225-232 (2001)