小山 大介, 渡辺 好章

Daisuke KOYAMA, Yoshiki WATANABE

同志社大学工学部

Faculty of Engineering, Doshisha University

キーワード : bubblology, microjet, sonoluminescence, subharmonic imaging, ultrasonic drug delivery system

1859年のBesantによる報告以来, 現在数多くの超音波照射下の水中気泡に関する報告が存在する. 元来水中気泡は船舶のスクリュー表面にみられる壊食作用や流体機械の性能の低下等の負のイメージが先行してきた. しかしながら, 現在超音波照射下の微小気泡は, 医用・海洋・化学等の様々な産業分野で応用されつつある. それらの技術のほとんどが, 気泡特有の柔軟性を利用した二次的音源としての働き・超高温高圧を伴う圧壊現象を利用している. 本報告では, 水中気泡の発生原理である“キャビテーション現象”について説明し, 気泡力学の歴史と単一水中気泡の運動方程式であるRPNNP方程式を紹介する. さらに近年の超音波映像法を飛躍的に発展させた超音波造影剤, その超音波造影剤を利用したサブハーモニックイメージングや超音波ドラッグデリバリーシステムについて最近の研究動向と共に紹介する. また医用分野以外にも, 音エネルギーを直接光エネルギーに変換する唯一の方法である水中気泡の発光現象であるソノルミネッセンスや, 流体中の壊食現象を生じさせるマイクロジェットについて報告する.

Besant’s 1859 study of their behavior began the long series of studies of under-water bubbles. Although microbubbles are known to erode the propellers of oceangoing ships and degrade the performance of fluid machinery, they are useful in medical, marine, chemical, and a wide array of other industrial fields. Their useflness is explained by their properties of flexibility and their ability to produce vibrations, which make them an excellent secondary acoustic source, as well as ability ultrahigh temperatures and pressures. Here we discuss the mechanism of the cavitation phenomenon, the history of microbubble research, and the RPNNP equation, which, in turn, forms the basis of bubble dynamics, which led to the establishment of bubbleology. We also discuss ultrasound contrast agents, which greatly enhance the value of ultrasonic imaging, subharmonic imaging using contrast agents, and ultrasonic drug delivery systems, and point out directions indicated by recent research. We further venture from the field of medicine itself and report findings on single-bubble sonoluminescence, which has attracted attention because of its potential value in cold fusion, and discuss studies in which a microjet induces erosion in a fluid.