超声操控微纳米药物颗粒的理论及声场设计仿真研究

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近年来,人们提出局部药物输送技术--外场力(超声、光场、磁场等)驱动微纳米颗粒(携带药物的微泡,微纳米药物液滴、固体粒子)定点聚集并释放药物。这类技术能提高目标部位药物浓度,降低药物对全身正常组织的毒副作用,引起了人们的极大关注。而如何利用各种外力场,对微纳米药物颗粒进行有效操控,使其在血流场中能沿着指定路径运动并聚集在目标病灶组织,成为该治疗手段的核心技术之一。   在超声给药的过程中主要分为两个过程,首先对微纳米药物进行控制,即将微纳米药物聚集在定点部位,然后将聚集在定点部位的微纳米颗粒击碎,使其释放药物,提高了局部给药的浓度,达到良好的治疗效果。在这个过程中如何将药物聚集在定点部位是一个重点问题,因此本文主要研究了如何设计声场能够定点的聚集微纳米颗粒,如何对微纳米颗粒进行精确的控制。   本文首先概述了超声造影剂的发展现状,回顾了超声在治疗和诊断方面的发展,阐述了几种给药的方法。其次,介绍了利用超声控制微纳米颗粒的几种方法,对超声操控微纳米颗粒的理论进行了研究,为后面声场的设计打下基础。然后,利用ANSYS有限元分析软件,建立了一维声场和二维声场的有限元模型,对其声场的特性进行了分析研究。在二维声场中,对装置两边的电极同时施加相同的频率和电压,压电陶瓷同时产生两个方向上的振动,形成了二维声场。通过改变施加在电极上的电压,讨论了其对二维声场分布的影响。最后,设计了一种能够多模态控制微纳米颗粒的装置,该装置即可以形成一维声场又可以形成二维声场。   通过改变施加在压电陶瓷上的频率,压电陶瓷的振动模态产生的变化,从而实现对声场模态进行的控制,讨论了频率对声场的影响。利用ANSYS模态分析和谐响应分析对以上实验进行了仿真,得到相应的结果。
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