音響マイクロ流の発生と計測・制御に関する研究

マイクロ流はマイクロデバイスの周辺あるいは内部はもちろんのこと、生物、特に毛管内マイクロチャネル内で観測されるが、ここでは超音波によるミリオーダーからサブミリオーダーサイズの音響マイクロ流の発生、計測および制御に関する基礎研究である。音響流の駆動力は基本的には超音波のインテンシティに依存すること、超音波エミッタへの電気入力信号を微調整することで音場が容易に変えられること、この2つのことからマイクロ流の流速分布が制御可能と予測される。本研究の目的は、特に高集束超音波エミッタの焦点という局所領域における音響マイクロ流の発生および計測・制御にある。まずは、扁平回転楕円体座標を用いた精度良い音場解析モデル式SBEを提案し、高集束場の理論解析を行った。SBEは、従来のKZK理論モデル式に比べて、境界条件の設定が容易なこと、計算時間が短くて音圧分布が求められる。この研究成果は、2005年7月にアメリカで開催された非線形音響に関する国際シンポジウムで発表した。続いて、音響流の計測とその制御について実験を行い、SBEを用いた音響流の流れ場予測と比較した。同軸で2つの共焦点をもつ圧電素子から構成された超音波エミッタを利用し、焦点付近を中心とした流速分布を、レーザードップラーで計測した。そして、2つの素子への駆動電圧において、その初期位相を変えることで音場を制御し、流速分布も大きく変わること、つまり制御可能である知見を得た。これについては、2005年8月にハンガリーで開かれた音響国際会議で報告した。以上の結果から、SBEを中心とした本音響流解析手法は、音響マイクロ流の生成及び制御にとって有効である。

マイクロ流はマイクロデバイスの周辺あるいは内部はもちろんのこと、生物、特に毛管内マイクロチャネル内で観測されるが、ここでは超音波によるミリオーダーからサブミリオーダーサイズの音響マイクロ流の発生、計測および制御に関する基礎研究である。音響流の駆動力は基本的には超音波のインテンシティに依存すること、超音波エミッタへの電気入力信号を微調整することで音場が容易に変えられること、この2つのことからマイクロ流の流速分布が制御可能と予測される。本研究の目的は、特に高集束超音波エミッタの焦点という局所領域における音響マイクロ流の発生および計測・制御にある。まずは、扁平回転楕円体座標を用いた精度良い音場解析モデル式SBEを提案し、高集束場の理論解析を行った。SBEは、従来のKZK理論モデル式に比べて、境界条件の設定が容易なこと、計算時間が短くて音圧分布が求められる。この研究成果は、2005年7月にアメリカで開催された非線形音響に関する国際シンポジウムで発表した。続いて、音響流の計測とその制御について実験を行い、SBEを用いた音響流の流れ場予測と比較した。同軸で2つの共焦点をもつ圧電素子から構成された超音波エミッタを利用し、焦点付近を中心とした流速分布を、レーザードップラーで計測した。そして、2つの素子への駆動電圧において、その初期位相を変えることで音場を制御し、流速分布も大きく変わること、つまり制御可能である知見を得た。これについては、2005年8月にハンガリーで開かれた音響国際会議で報告した。以上の結果から、SBEを中心とした本音響流解析手法は、音響マイクロ流の生成及び制御にとって有効である。