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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01252/
• 关键词: マイクロ衝撃波; フェムト秒レーザ; 再生医療; 気泡; マイクロカプセル; フェムト秒レーザー; 衝撃波生成機序; 気泡生成機序; マイクロ衝撃波; フェムト秒レーザ; 再生医療; 気泡; マイクロカプセル; フェムト秒レーザー; 衝撃波生成機序; 気泡生成機序

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．

今年，关于使用飞秒激光器在水中激光的微轴波的产生和可视化，我们使用高速摄像机，光电二极管甚至压力测量值观察了微盘波的波前（密度变化层），并获得了以下结果。 （a）光电二极管和压力测量结果表明，作为微盘波产生机理的一部分，当冲击波产生并崩溃后，当气泡产生时，就会发生突然的高压场。此外，压力波形包括第一冲击波和第二个高压波，这对应于光电二极管的气泡变形行为，但第三个冲击波的机理仍不清楚。另一方面，从这个光电二极管信号中发现，飞秒激光诱导的冲击波后产生的气泡也表现出与雷利 - 植物方程相似的膨胀和收缩运动。 （b）此外，从该光电二极管信号的测量中，尖峰波形的密度变化从正面变为距离，因此可以通过使用观察激光器使用观察激光器来测量飞秒激光聚焦点附近的冲击波形成。换句话说，也表明还可以获取有关冲击波产生的空间信息（C），但是尽管使用高速摄像头从观察实验中确认了激光聚焦产生的微泡，但图像上未捕获从光收集部分产生的密度变化，但图像上未捕获。