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Elucidation of generation mechanism and propagation behavior of femtosecond laser-induced underwater shock wave, and development of microcapsules including gas bubbles for regenerative medicine

阐明飞秒激光诱导水下冲击波的产生机制和传播行为，以及用于再生医学的含气泡微胶囊的开发

基本信息

批准号：
21H01252
负责人：
玉川雅章
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

项目摘要

今年度については，水中でフェムト秒レーザを用いたマイクロ衝撃波の生成と可視化について，マイクロ衝撃波の波面（密度変化層）の観察を高速度ビデオカメラとフォトダイオード，さらには圧力計測の併用により行い，以下の結果を得ている．(a)フォトダイオードと圧力計測の結果から，マイクロ衝撃波生成機序の一部として，衝撃波生成後に気泡が発生しそれが崩壊する際には急峻な高圧力場が発生していることがわかった．また，圧力波形としては，１番目の衝撃波，２番目の高圧力波があり，これとフォトダイオードの気泡変形挙動と対応関係がみられたが，３番目の衝撃波についてはその機序が未解明のままである．一方，このフォトダイオード信号から，フェムト秒レーザ誘起衝撃波の後に生成した気泡についても，Rayleigh-Plesset 方程式と同様の膨張・収縮運動があることがわかった．(b)また，このフォトダイオード信号の計測から，スパイク波形が距離に対して密度変化が正から負に変化することから，観測用のレーザを用いることでフェムト秒レーザ集光点近傍で，衝撃波形成を測定できる可能性が得られた．すなわち，衝撃波生成の空間的情報の取得も可能である可能性が示された(c)一方，高速度カメラを用いた観察実験からは，レーザ集光により発生する微小気泡を確認できたものの，集光部からマイクロ衝撃波が生成していると予測される時間における密度変化を画像上では捉えることができなかった．

This year, in the water, the shock wave generation and visualization, the shock wave wave front (density changing layer) observation, high velocity, pressure measurement and combination, the following results are obtained. (a)As a result of pressure measurement, a part of the shock wave generation process occurs when a high pressure field occurs after a shock wave is generated. The pressure waveform is reversed. The shock wave of the first order, the high pressure wave of the second order, and the mechanism of the shock wave of the third order are not explained. The Rayleigh-Plesset equation and the expansion and contraction motion of the same equation are generated after the shock wave is induced. (b)The measurement of the shock wave is possible because of the distance between the shock wave waveform and the measurement of the shock wave density. The possibility of obtaining spatial information of shock wave generation is shown in (c). On the one hand, high speed shock wave generation is detected by detecting the small bubbles generated in the light collection part, and on the other hand, the density variation image is detected by detecting the time of shock wave generation in the prediction part.