閉じ込め構造圧電装荷デバイスによるレーザ誘起強力弾性表面波発生と皮内投与への挑戦

使用受限压电负载装置产生激光诱导强表面声波和皮内给药的挑战

• 批准号: 21K04202
• 负责人: 會澤 康治
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kanazawa Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04202/
• 关键词: レーザ; 弾性表面波; Lamb波; 圧電体; 皮内投与; 表面弾性波

本研究は、薬剤透過を促進できる強力な弾性表面波の発生と人工皮膚表面への高効率な物質導入を可能にするデバイスの開発を目的とする。令和4年度は、前年度に構築したレーザ光学系および弾性表面波検出系を使って弾性表面波発生に有効な構造およびパルスレーザを照射で発生・伝搬する弾性表面波の特性などについて重点的に調べた。この調査の過程でパルスレーザを球殻に照射して発生させたLamb波を人工皮膚表面に結合させるといった当初に計画に無い新しいアイデアを創出したのでこれについても検討した。実験では、Nd:YAGレーザの第2高調波（波長532nm、最大パルスエネルギー約100 mJ）を黒色ポリプロピレン製の球殻（直径40mm）に照射する。発生したレーザ誘起Lamb波強度は、レーザ照射点の反対側にエアプローブをターゲット表面から2 mm離れた位置に設置し空中に漏洩した音波強度を検出した。波形データの周波数スペクトルとレーザエネルギーの関係を3つの周波数帯（0～2 kHz, 2 kHz～20 kHz, 20 kHz～）にわけて各領域での最大値を評価した。結果として、周波数帯が0～2 kHzでの最大値はレーザエネルギーに依存しないが、周波数帯が2 kHz～20 kHz,と20 kHz～における最大値はレーザエネルギー依存性があった。この結果は照射エネルギー密度が異なっても同じ傾向であった。このことからレーザ誘起Lamb波の周波数成分は2 kHz以上にあることが分かった。さらに球体に接着した黒色ゴム（FKM）にパルスレーザを照射することで安定したLamb波の発生を確認できた。また球殻に接着した黒色ゴムを水中に沈めパルスレーザを照射するとレーザプラズマの閉じ込め効果によりLamb波強度が増大することを確認した。

这项研究旨在开发一种能够产生强大的表面声波的装置，该发动波可以促进药物渗透并将高效的物质引入人造皮肤表面。在2022年，我们专注于有效产生表面声波的结构以及使用激光光学系统和上一年建造的表面声波检测系统辐射脉冲激光器产生和传播的表面声波的性能。在这项研究中，我们还创建了一个最初计划的新想法，例如通过将球形壳和脉冲激光辐射到人造皮肤表面上产生的羔羊波，我们还考虑了这一点。在实验中，将第二个谐波（波长：532 nm，最大脉冲能：约100 mJ）的ND：YAG激光照射到球形壳上（直径：40 mm）。通过将空气探针放置在距激光照射点另一侧2毫米的位置，以检测声波泄漏到空气中的强度，可以检测到产生的激光诱导的羔羊波强度。波形数据的频谱与激光能之间的关系分为三个频带（0至2 kHz，2 kHz，2 kHz至20 kHz，20 kHz，20 kHz至20 kHz），并评估了每个区域的最大值。结果，频带0至2 kHz处的最大值不取决于激光能量，而是频带2 kHz至20 kHz和20 kHz的最大值取决于激光能。即使辐照能密度不同，该结果也显示出相同的趋势。这表明激光诱导的羔羊波的频率成分高于2 kHz。此外，通过辐照脉冲激光器附着在球体上的黑色橡胶（FKM），确认了稳定的羔羊波产生。还可以证实，当黑色橡胶粘附在球形壳上并用脉冲激光辐射时，由于激光等离子体的限制效应，羔羊波强度增加。

项目成果

High-intensity airborne sound generated by irradiation of nanosecond laser pulse to water-immersed optical absorber

纳秒激光脉冲照射水浸光吸收体产生的高强度空气声

• DOI: 10.35848/1347-4065/acbaa7
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Miyazaki Kota;Aizawa Koji
• 通讯作者: Aizawa Koji

Plasma-confined structure for continuous generation of pulsed laser-induced airborne ultrasound

用于连续产生脉冲激光诱导机载超声的等离子体限制结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Haruo Kobayashi;Anna Kuwana;Shogo Katayama;Shuhei Yamamoto;Yujie Zhao;Kentaroh Katoh;Yonglun Yan;Koji Asami;Masahiro Ishida;辻 寧英;Kota Miyazaki and Koji Aizawa
• 通讯作者: Kota Miyazaki and Koji Aizawa

パルスレーザ励起による水中超音波の連続発生と酵母菌への照射効果

脉冲激光激发和照射对酵母菌的作用连续产生水下超声波

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮崎晃汰;會澤康治
• 通讯作者: 會澤康治

Effect of target material and structures on laser-generated aerial ultrasound

目标材料和结构对激光产生航空超声的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 梁取友貴;桑名杏奈,片山翔吾,佐藤賢央;石田嵩;岡本智之;市川保;中谷隆之;畠山一実;小林春夫;Amane Takei;Koji Aizawa
• 通讯作者: Koji Aizawa

酵母菌増殖促進を目的としたレーザ超音波の連続発生に関する研究

连续产生激光超声促进酵母生长的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 宮崎晃汰;會澤康治
• 通讯作者: 會澤康治