旋转磁场对血流中纳米铁核素定位作用的理论研究

摘要

肿瘤靶向定位治疗是目前医学界研究的热点和难点问题。靶向定位的载体目前主要有抗体载体、配体载体、活性多肽载体等,定位原理都是基于生物学特性进行组织的,每一种载体对药物定向带有很大的选择性,都只针对特定的肿瘤治疗有效。
　　 随着现代科学技术的发展,纳米科技和纳米材料的科学价值越来越重要,其应用前景己被人们广泛认识。纳米技术在医学上的应用,产生了一门新的学科——纳米医学。本文首次提出了一种新型的定位治疗系统。并对可被定位于肿瘤部位治疗肿瘤的药物载体——顺磁放射性纳米铁核素,及其制备方法,和纳米粒子在人体血流中的受力情况、在外磁场作用下的聚集情况进行了论述。
　　 纳米铁核素的制备是采用羰基法制备纳米铁,然后通过脉冲中子反应堆辐照纳米铁得到顺磁纳米铁核素。结果：放射性核素-纳米铁的平均粒径＜100nm,具有超顺磁性、放射性活度和较好的磁导向功能,可有效定位于靶区。
　　 当有外加磁场时,纳米铁粒子不仅受到血流中三种力的作用,还有磁场力的作用,而这个力在将纳米铁粒子聚集到病灶部位时起到关键作用,决定了纳米粒子的聚集状况。通过将血流动力、血液粘滞力、重力以及磁场力的矢量合成,分析出纳米粒子在血管中的运动状态,通过使用MathCAD和ANSYS软件的模拟实验,证明纳米铁粒子在血液中能有效的聚集到所需定位的病灶部位,达到有效的靶向治疗目的。
　　 将纳米铁有效地定位到病灶部位,关键是要在病灶部位形成一个强磁场区域,达到纳米铁汇集的条件。针对上述难点,本文作了以下几方面的工作：
　　 (1)介绍了电磁场的基本理论,分析了磁场定位靶向治疗肿瘤的可行性,并建立了三维旋转磁场定位治疗肿瘤的理论。
　　 (2)利用MathCAD软件计算各种条件下磁场的大小及其变化规律,应用ANSYS软件建立有限元模型进行磁场模拟。
　　 (3)纳米铁粒子在血流中(层流状态下)所受到的力主要是血流动力和血液粘滞力以及自身重力,通过分析血液的组成和性质、血液粘滞度、血管中的血流速度,推导出几种力的计算方法及计算模型。
　　 (4)计算三维旋转磁场所需参数,建立模型,通过实验验证理论所得结果。
　　 三维旋转磁场的模拟结果以及原理机的实际试验结果,均取得了良好的效果,为三维旋转磁场定位治疗仪投入工业化生产提供了理论依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 纳米技术研究进展

1.2 纳米材料特性

1.3 纳米技术的医学价值

1.3.1 基础医学方面

1.3.2 临床医学方面

1.3.3 开拓新药方面

1.4 磁靶向给药系统

1.4.1 磁靶向给药系统的优点

1.4.2 磁靶向给药系统的影响因素

1.5 课题来源及本文的主要工作

第二章 肿瘤定位治疗沿革和发展

2.1 肿瘤靶向治疗发展简介

2.2 导向治疗的研究流程

2.3 亲肿瘤物质(载体)的选择

2.3.1 单抗导向药物的抗肿瘤作用

2.3.2 研究单抗异向药物的主要趋向

2.3.3 导向治疗的弹头

2.3.4 临床导向治疗的特异性及适应证

2.3.5 导向综合治疗

2.3.6 存在的问题及对策

第三章 放射性纳米铁核素治疗肿瘤的作用机理

3.1 细胞周期

3.1.1 间期

3.1.2 分裂期

3.2 细胞周期调控

3.3 细胞周期与癌症

3.4 恶性肿瘤细胞中的细胞分裂

3.5 肿瘤放射性治疗的作用机理

3.6 放射性纳米铁核素定位治疗肿瘤

3.6.1 放射生物学基础

3.6.2 肿瘤放射治疗失败的原因

3.6.3 放射性纳米铁核素定位治疗肿瘤

第四章 放射性纳米铁磁流体的制备

4.1 磁流体的组成

4.2 磁流体的性质

4.2.1 磁性

4.2.2 悬浮能力

4.3 磁性微粒的制备法

4.3.1 纳米微粒的物理制备法

4.3.2 纳米微粒的化学制备法

4.4 纳米铁核素的制备

4.4.1 纳米氧化铁的制备方法

4.4.2 放射性同位素的基本特性

4.4.3 人工放射性核素的制备

4.4.4 利用原子反应堆制备纳米铁核素

4.5 纳米铁核素磁流体的制备

4.5.1 水基磁流体的制备

4.5.2 表面活性剂的影响

4.5.3 制备实验中的放射性防护

第五章 电磁场基本理论

5.1 电磁场基本理论

5.2 一般形式的电磁场微分方程

5.3 电磁场中常见边界条件

5.4 磁场中的磁介质

5.5 本章小结

第六章 三维旋转磁场计算

6.1 三维旋转磁场的设计原理

6.2 三维旋转磁场空间分布特征

6.2.1 三维旋转磁场设计模型探讨

6.2.2 三维旋转磁场定位仪磁场分布

6.3 利用MathCAD计算磁场分布

6.3.1 MathCAD软件介绍

6.3.2 圆形线圈磁场计算

6.3.3 亥姆霍兹线圈磁场计算

6.3.4 相距为S平行线圈磁场计算

6.4 本章小结

第七章 三维旋转磁场有限元模拟

7.1 有限元方法概况

7.2 ANSYS软件介绍

7.3 利用ANSYS分析磁场二维分布

7.3.1 线圈距离变化时磁场强度分布情况

7.3.2 线圈匝数变化时磁场强度分布情况

7.4 本章小结

第八章 血流动力作用

8.1 血液的主要成份和性质

8.1.1 血液的主要成份

8.1.2 血流速计算

8.1.3 血液的粘度及影响因素

8.1.4 血液粘度的测量方法

8.2 血流动力学基本原理

8.2.1 血流状态

8.2.2 血流速度与流量计算

8.3 纳米粒子在血流中所受力计算

8.3.1 血流动力计算

8.3.2 血液粘滞力计算

8.3.3 纳米粒子自身重力计算

第九章 纳米铁核素在旋转磁场作用下的聚集状态研究

9.1 外加旋转磁场基本原理

9.2 外加磁场对血流中纳米铁粒子的作用

9.3 纳米粒子在外磁场作用下受力状况

9.3.1 理想状态时的受力

9.3.2 一般情况下的受力

9.4 外磁场的设置要求

9.5 纳米铁在血液中的汇集条件

9.6 纳米铁在血流中的汇集模拟

9.7 运动轨迹的计算机模拟

9.8 三维旋转磁场原理机研制

9.9 三维旋转磁场定位治疗仪实验聚集验证

9.9.1 烧杯中纳米粒的聚集情况

9.9.2 胶管中纳米粒的聚集情况

9.10 本章小结

第十章 总结与展望

参考文献

附录1 纳米粒子模拟运动代码

附录2 2D磁场分布ANSYS模拟源代码

附录3 2D磁场中心区域节点数值

致谢

攻读学位期间主要研究成果