超声操控血管中微纳米药物颗粒定点聚集的动力学行为研究

局部药物输送技术可有效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。超声波可产生非介入外力，在实验上已证实能够驱动血管中微纳米药物颗粒定向运动并聚集于目标位置。本项目拟对超声驱动下，血管流场内微纳米球形单颗粒和颗粒群的动力学行为进行深入研究：用解析求解的方法获取单颗粒运动轨迹函数，阐明微纳米单颗粒定点停驻的动力学机制；采用直接模拟蒙特卡罗法获取颗粒群定点聚集的动力学行为统计规律。具体揭示超声波操控血管内微纳米药物颗粒群时，超声场（波形、频率、强度）、微纳米药物颗粒（浓度、粒径分布、声阻抗）、血流场（流速、粘度）等具体参量对药物定点聚集效果的影响。该项目的研究成果将为超声局部药物输送技术中的外声场和微纳米药物的物理参量设置提供理论依据和实验指导。

声辐射力能够操控微纳药物颗粒的运动行为，是超声局部药物输送技术的物理基础，而声操控微粒的研究工作还处于方兴未艾。本项目着眼于这个前沿研究领域，从理论和实验两方面分别研究声场作用下单微粒和微粒群的动力学行为，完成了预期研究目标，取得了较好的研究成果。发展了基于时域有限差分方法计算声辐射力，为任意线性声场中任意结构、形状、性质微粒受到的声辐射力提供理论计算工具，并利用该算法对辐射力场进行优化设计。系统研究了声表面波驱动PDMS腔道（模拟血管）内微粒（微泡、细胞）的聚集、排列的动力学行为，揭示声场强度（电压）、微泡粒径、流场速度等参量对聚集效率的影响。系统研究了基于声表面波位相偏移效应精确操控微粒任意定点移动的物理机制和影响因素，该效应可以为超声局部药物输送技术提供量化指导。此外，我们还初步探讨了基于人工结构（声子晶体板）构造局域近场对亚波长微粒的捕获效应。上述研究工作可为超声局部药物输送技术的外声场和微纳药物的物理参量设置提供了理论依据和实验指导。