| 【発明の名称】 |
極微小船の体内航行装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】矢部 孝
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| 【要約】 |
【課題】体外からのレーザー照射により極微小船を航行させることができる極微小船の体内航行装置を提供する。
【解決手段】極微小船の体内航行装置において、被推進体を有する極微小船３０を血管４１内に装填して、体内の体液を介してこの極微小船３０に体外からレーザー４２を照射することにより、極微小船３０を体内で航行させる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】（ａ）被推進体を有する極微小船と、（ｂ）該極微小船を体内に装填し、体内の体液を介して前記極微小船に体外からレーザーを照射する手段とを備え、（ｃ）前記極微小船を体内で航行させることを特徴とする極微小船の体内航行装置。
【請求項２】（ａ）被推進体を有する極微小船と、（ｂ）該極微小船を体内に装填し、体内の体液を介して前記極微小船に体外からＸ線を照射する手段とを備え、（ｃ）前記極微小船を体内で航行させることを特徴とする極微小船の体内航行装置。
【請求項３】 請求項１又は２記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船の被推進体にレンズを配置することを特徴とする極微小船の体内航行装置。
【請求項４】 請求項３記載の極微小船の体内航行装置において、前記レンズは、前記極微小船の被推進体に各方面に向けて配置される複数のレンズであることを特徴とする極微小船の体内航行装置。
【請求項５】 請求項１、２、３又は４記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船を血管内に配置することを特徴とする極微小船の体内航行装置。
【請求項６】 請求項１、２、３又は４記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船を肺内に配置することを特徴とする極微小船の体内航行装置。
【請求項７】 請求項５又は６記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船に薬を搭載し、前記レンズを介するレーザー又はＸ線の照射により病巣において投薬することを特徴とする極微小船の体内航行装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極微小船に係り、特に、体外からのレーザー駆動による極微小船の体内航行装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本願発明者は、（１）被推進体と、この被推進体の後方に設けられる流動性レーザー光透明体と、この流動性レーザー光透明体に繰り返しレーザーを照射することにより、駆動される繰り返し推進装置と、（２）少なくとも金属部分を有する飛行機と、この飛行機本体の金属部分の後方に設けられる流動性レーザー光透明体と、この流動性レーザー光透明体に繰り返しレーザーを照射することにより駆動される繰り返し推進装置付き軽量小型飛行機を提案し、既に特願２００１−３８０３１２として特許出願を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者は、かかる繰り返し推進装置を用いた軽量小型飛行機を極微小体内船へと展開させて、体内への導入を図る。
【０００４】本発明は、上記状況に鑑み、体外からのレーザー照射により極微小船を航行させることができる極微小船の体内航行装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、〔１〕極微小船の体内航行装置において、被推進体を有する極微小船と、この極微小船を体内に装填し、体内の体液を介して前記極微小船に体外からレーザーを照射する手段とを備え、前記極微小船を体内で航行させることを特徴とする。
【０００６】〔２〕極微小船の体内航行装置において、被推進体を有する極微小船と、この極微小船を体内に装填し、体内の体液を介して前記極微小船に体外からＸ線を照射する手段とを備え、前記極微小船を体内で航行させることを特徴とする。
【０００７】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船の被推進体にレンズを配置することを特徴とする。
【０００８】〔４〕上記〔３〕記載の極微小船の体内航行装置において、前記レンズは、前記極微小船の被推進体に各方面に向けて配置される複数のレンズであることを特徴とする。
【０００９】〔５〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船を血管内に配置することを特徴とする。
【００１０】〔６〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船を肺内に配置することを特徴とする。
【００１１】〔７〕請求項５又は６記載の極微小船の体内航行装置において、前記極微小船に薬を搭載し、前記レンズを介するレーザー又はＸ線の照射により病巣において投薬することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】まず、微小体の推進原理について説明する。
【００１４】図１は本発明にかかる推進装置の原理の説明図である。
【００１５】この図において、物質１とレーザーに対して透明な物質２が接着されており、この二つの物質１，２の間にレーザー３が照射されると、物質２はレーザー３に対して透明であるため、物質２側から入射したレーザー３はこれを通過し物質１まで達する。このとき、運動量保存の法則により、ＭＵ＝ｍｕが成立する。
【００１６】これを用いると、物質１と物質２の部分の運動エネルギーの比は、ＭＵ2 ／ｍｕ2 ＝ｍ／Ｍとなる。
【００１７】したがって、物質２が空気のような質量の軽い物質であると、ｍ≪Ｍであるため、ほとんどの運動エネルギーは物質２の方へ行き、物質１（例えば、飛行機）を加速する効率が悪い。
【００１８】そこで、ｍ，Ｍを同等にすれば、エネルギーが効率よく、物質１（例えば、飛行機）に与えられる。
【００１９】図２は本発明にかかる繰り返し推進装置の模式図である。
【００２０】この図において、１１は被推進体（金属体）としてのアルミニウム体、１２はこの被推進体１１の後方に設けられる（付着される）流動性透明体としての液滴、１３はこの液滴１２に繰り返し照射されるレーザー、１４はそのレーザー１３によって発生するアブレイションによる駆動力、１５はその駆動力１４が液滴１２に作用して発生する反作用力としての推進力である。
【００２１】これによれば、レーザー１３が照射されアブレイションによる駆動力１４が発生すると、すぐに流動性透明体としての液滴１２は復元し、次の照射されるレーザーにより再びアブレイションによる駆動力１４が発生し、これを繰り返すことにより、継続的な推進力１５を得ることができる。
【００２２】また、被推進体１１と液滴１２との二重構造の効果は、図３に示すように、半導体ロードセル（豊田工機社製 Ｍｏｄｅｌ ＰＡ−６／１０Ｎ）による直接的な力の測定でも実証された。図３はアルミニウム薄膜のみの場合（Ｂ）と、その上にアクリル板を付着させた場合（Ａ）での、レーザー照射によって、物体に働く力の時間変化を示す図である。
【００２３】なお、この図において、横軸は時間（μｓｅｃ）、縦軸は力（Ｎ）であり、（Ａ）の場合は、（Ｂ）の場合に比べて、数倍の力を発生させることができた。
【００２４】このように、本発明によれば、より実現性の高いレーザーの応用として、小さな物体をレーザー光で繰り返し、推進させることができる。
【００２５】図４は本発明の推進装置を水中で駆動する実験装置を示す図である。
【００２６】この図において、２１はレーザーに対して透明なコップ、２２はそのコップ２１内に入っている水、２３は渡し棒、２４はその渡し棒２３から下げられる吊し糸、２５はその吊し糸２４の先端に設けられるアルミニウム板、２６はレーザーである。
【００２７】本発明では、図２で示した液滴１２の部分を、図４に示すように、水２２とすることにより、水２２を連続的に供給可能な効率の良い推進装置を提案する。すなわち、このような二重構造は、実は水中では全体が水であるので自動的に形成されている。この構造の場合、効果があるかどうかを調べるために、図４に示すように、コップ２１の中に水２２を入れ、ここに７ｍｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍの矩形のアルミニウム板２５を吊るし、これにパルス幅５ナノ秒のＹＡＧレーザー２６を照射する実験を行った。
【００２８】これを高速度カメラで撮影したものが図５である。このときのレーザーエネルギーは５６０ｍＪであった。図５（ａ）はアルミニウム板へのレーザー照射前の状態、図５（ｂ）はアルミニウム板へのレーザーが照射された瞬間の状態、図５（ｃ）はアルミニウム板が推力を得た状態、図５（ｄ）〜図５（ｆ）は次第にアルミニウム板が推力を得て移動する状態を示している。
【００２９】この実験の結果を空中での同様の実験と比較したのが、表１である。
【００３０】
【表１】
【００３１】この表１において、運動量結合係数はアルミニウム板の得た運動量／レーザーエネルギーであり、単位はＮ．ｓｅｃ／ＭＪである。
【００３２】このように、明らかに水中の方が大きな運動量を得ている。水中では水の抵抗のためにアルミニウム板が動きにくいにも関わらず、より大きな運動量を得ているということは、アルミニウム板と水の二重構造にレーザーが照射されたときに、いかに大きな力が発生するかが分かる。
【００３３】このような推力装置の原理は体液（ほぼ水）に満たされた血管やリンパ管などへ適用できる。
【００３４】以下、本発明の実施例を示すレーザー駆動の極微小船の構成とその血管への適用例について説明する。
【００３５】図６は本発明の実施例を示す極微小体内航行船の構成図である。
【００３６】この図において、３０は極微小船（ミクロンサイズ）、３１はその本体、３２は本体３１から延びる脚体、３３はその脚体３２によって極微小船３０に固定されるレンズ、３４は外部からレンズ３３を介して本体３１へ照射されるレーザーである。
【００３７】図７は本発明の実施例を示す血管内の極微小船に体外からレーザーを照射して航行させる様子を示す図である。
【００３８】この図において、４０は体の部分（例えば、リンパ管を有する筋肉）、４１は血管、４２は体外から照射されるレーザーである。
【００３９】この実施例では、体外からレーザー４２を照射することにより、極微小船３０を外部から駆動することができる。現在の技術で波長４０オングストロームのＸ線レーザーが照射可能であるが、これは水を完全に透過する。人体は８０％が水であるので、これを用いれば、図７に示すように、人体外部から、血管４１内の極微小船３０にレーザーを照射することができる。
【００４０】この際に人体への影響を極力少なくするためには、レーザーの強度を非常に弱くする必要がある。そこで、図６に示すような、レンズ３３を備えたミクロンサイズの極微小船３０を用いれば、レーザー３４は極微小船３０の近傍でだけ強度が増加するので安全である。また、極微小船３０に多数のレンズ３３を備え各方向に向ければ、外部からのレーザー３４はこの極微小船３０に焦点を合わせて照射しなくても、極微小船３０の近傍で集光され、レーザー強度が増大する。
【００４１】現在、このような目的のためのマイクロレンズが開発されており、文献：Ｓ．Ｔａｍｕｒａ，Ｋ．Ｏｈｔａｎｉ，Ｎ．Ｋａｍｉｊｙｏ，Ｋ．Ｍｏｒｉ，Ｔ．Ｍａｒｕｈａｓｈｉ，Ｋ．Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ ａｎｄ Ｈ．Ｋｉｈａｒａ，“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｕ−Ａｌ Ｍｕｌｔｉ−Ｌａｙｅｒ Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｚｏｎｅ Ｐｌａｃｅ”，真空 Ｖｏｌ．４０，ｐｐ．２３４−２３７，（１９９７）によれば、波長１オングストロームのＸ線を４７ミクロンの大きさのレンズで０．５ミクロンまでに集光することに成功している。これは、強度にして１万倍に増幅されたことになる。従って、人体に損傷を与えることのない弱いＸ線を極微小船の近傍でだけ増幅させることにより、安全な照射が可能である。この結果は、通常のＸ線でも使用可能であり、必ずしもＸ線レーザーである必要はないことを示す。
【００４２】図８に示す、本発明者の実験とシミュレーションから得られた、レーザー強度と運動量結合係数Ｃｍの比例則から計算すると、０．５ミクロンに集光すべきレーザーの強度は、パルス幅５ナノ秒であればわずか３０ミリワットでよい。また、これに要するエネルギーはわずか１４０ピコジュール（ピコは１兆分の１）となり、現在の技術で全く問題なく発生させることができる。
【００４３】図９は本発明の実施例を示す血管内の極微小船に薬を搭載してレーザー照射することにより、投薬を行う様子を示す図である。
【００４４】この実施例に示すように、極微小船５０を観測船として血管５４内で航行させることができるだけでなく、薬５２をこの極微小船５０の本体５１に搭載して、病巣５６の位置でこの薬５２を体外から照射されるレーザー５３でレンズ５５を介して破壊し、投薬することが可能となる。
【００４５】また、この極微小船に羽毛のような羽根を付ければ、肺の中のような体内の気体中でも航行させることができる。
【００４６】また、レーザーは繰り返し照射することにより、極微小船を任意の位置まで航行させることができる。
【００４７】更に、上記実施例では、主にレーザーの照射による極微小船の駆動について説明したが、必ずしもレーザーである必要はなく、シンクロトロン等から発生するＸ線や、電子ビームやレーザーを金属に当てて出るＸ線から切り出された特定の波長域のＸ線を用いてもよい。実際に、吉田国雄らによって作製されたフレネルレンズは上記の放射光を０．５ミクロンにまで収束させている。Ｘ線でもよいということは、実現の可能性が格段に上がり、既存の技術で十分に対応できることを意味している。
【００４８】なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４９】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５０】（Ａ）極微小船を体内に装填して体内の体液を介して体外からレーザー又はＸ線を照射し、極微小船を体内で航行させることができる。
【００５１】（Ｂ）極微小船の被推進体に各方面に向けられる複数のレンズを備え、極微小船を体内に配置して、微弱なレーザーでも極微小船近傍だけで、強度を増加させることができる。
【００５２】（Ｃ）極微小船の被推進体に各方面に向けられる複数のレンズを備え、極微小船を血管内に配置して、血管内を航行させることができる。
【００５３】（Ｄ）極微小船の被推進体に各方面に向けられる複数のレンズを備え、極微小船を体内に配置して、極微小船に薬を搭載して、レーザー又はＸ線を照射し、レンズを介して病巣に投薬することができる。
【００５４】（Ｅ）極微小船の被推進体に各方面に向けられる複数のレンズを備え、極微小船を血管内に配置して、極微小船に薬を搭載して、レーザー又はＸ線を照射しレンズを介して病巣に投薬することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９６０２０８００
【氏名又は名称】科学技術振興事業団
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| 【出願日】 |
平成１４年４月１６日（２００２．４．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９６３５
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３０５１２６（Ｐ２００３−３０５１２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１０月２８日（２００３．１０．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１１２９６２（Ｐ２００２−１１２９６２） |
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