磁靶向系統(tǒng)中磁流體動(dòng)態(tài)特性和行為控制研究.pdf

1、近年來隨著磁納米材料和多功能高分子材料研究的深入,基于納米磁流體的磁靶向系統(tǒng)因具有高靶向性和可控性而成為一種重要的靶向遞送系統(tǒng),在藥物/基因靶向輸運(yùn)、腫瘤治療、磁分離及微流控等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注,具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。但由于磁靶向系統(tǒng)涉及到電磁學(xué)、流體力學(xué)、及納米技術(shù)等多學(xué)科交叉研究內(nèi)容,目前國內(nèi)外磁靶向技術(shù)的整體發(fā)展水平仍處于基礎(chǔ)研究階段,特別是在靶向遞送機(jī)理、靶向行為控制和靶向系統(tǒng)優(yōu)化等方面亟需開展進(jìn)一步的研究。
　　靶

2、向遞送機(jī)理方面,本文基于電磁學(xué)和流體力學(xué)基本原理,建立了磁流體靶向遞送過程中的磁場-流場-濃度場多場耦合動(dòng)力學(xué)模型,考慮了磁場作用下磁流體的非線性磁化特性和磁體積力對流體流動(dòng)行為的影響。在此基礎(chǔ)上對外加梯度磁場作用下管道中磁流體濃度分布特征和變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬,并探討了流速、磁場源結(jié)構(gòu)和磁參數(shù)對磁流體動(dòng)力學(xué)行為的影響,進(jìn)一步加強(qiáng)了對動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型的理解。
　　同時(shí)針對磁流體靶向遞送過程中的磁團(tuán)聚現(xiàn)象,本文采用Cluster-m

3、oving蒙特卡羅方法研究了不同磁場方向和磁能大小下磁性粒子在均勻磁場下的隨機(jī)團(tuán)聚行為,在此基礎(chǔ)上提出磁團(tuán)聚行為降低磁性顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中所受到的流體粘滯阻力是造成實(shí)驗(yàn)中粒子靶向聚集速度加快的可能原因。后基于磁偶極子模型,通過對雙/三粒子模型磁作用能和力的分析,定性地揭示了磁性粒子在磁場作用下團(tuán)聚形成機(jī)理。
　　靶向行為控制方面,本文從磁場力的數(shù)學(xué)模型出發(fā),提出通過獨(dú)立控制磁場強(qiáng)度和梯度參數(shù)可實(shí)現(xiàn)磁場力大小和方向可調(diào),在此基礎(chǔ)上為微

4、流控靶向系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套由外部均勻場源和內(nèi)部梯度場源構(gòu)成的組合磁場源方案,并開展了組合磁場源作用下微管道內(nèi)磁流體靶向行為的可控性研究。同時(shí)基于該磁場源方案設(shè)計(jì)了一套微混合器系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)作用下電流時(shí)變頻率、入口速度及磁體積力等參數(shù)對微管道中流體混合規(guī)律及效率的影響,為磁力式微混合器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)和指導(dǎo)。
　　靶向系統(tǒng)優(yōu)化方面,本文基于Comsol和Matlab聯(lián)合仿真技術(shù)對磁場源進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以Maxwell梯度線

5、圈為例分析了其結(jié)構(gòu)參數(shù)對磁場梯度和均勻度的影響,指出厚壁線圈體系下傳統(tǒng)Maxwell線圈設(shè)計(jì)思路的不合理性及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的必要性。在此基礎(chǔ)上提出并建立了基于有限元和自適應(yīng)混合遺傳算法的磁源系統(tǒng)電磁優(yōu)化模型,實(shí)現(xiàn)了厚壁梯度線圈系統(tǒng)和永磁體陣列式均勻場系統(tǒng)高性能優(yōu)化。
　　最后本文針對現(xiàn)有藥物篩選體系中藥物與受體激活效率低這一難題,本文提出采用磁靶向技術(shù)來提高細(xì)胞表面受體附近的有效藥物濃度,進(jìn)而有效增強(qiáng)藥物與受體的激活效率。在此基礎(chǔ)上