植入辅助磁性种子非渗透壁微血管载药磁纳米粒子的输运模型和捕获率研究

摘要

以局部病患的特异性治疗为目的的磁性药物靶向治疗是目前对肿瘤介入疗法研究的热点。然而，传统的磁性药物靶向治疗方法仅依靠外磁场的作用难以获得足够的磁力使药物在病灶区长效滞留。植入辅助磁性种子药物靶向治疗技术，能够有效增强病灶区附近磁场，且可以通过简单的注射将磁性粒子输入人体，具有广阔的应用前景。
　　本文采用圆柱形永磁体作为外部磁场源，基于Navier-Stokes方程、磁场方程以及Fokker-Planck方程，建立了植入辅助药物靶向系统中载药磁纳米粒子在微血管中的输运模型。模型将磁性种子和载药磁纳米粒子在血液中的运动视为随机运动，考虑血液运动、磁粒子布朗运动效应、永磁体产生的外磁场效应、磁性种子产生的附加磁场效应以及磁粒子产生的修正磁场效应对磁粒子输运的影响。模型可适用于血管半径与粒子平均自由程处于同一量级的大Knudsen数条件载药磁纳米粒子输运。本文提出一种有效的修正分群方法耦合求解输运模型，获得了磁性种子和载药磁纳米粒子在血液中的分布函数，并分析了载药磁纳米粒子捕获率随磁粒子半径、磁场强度、血液流速、磁铁与血管距离的变化规律。研究结果表明，血管入口的速度对磁粒子捕获率有明显的影响，入口速度越大，捕获率越低，而仅增大外磁场强度对捕获率的影响是有限的。模型计算结果与实验值较吻合。植入的磁性种子能使病灶区附近的磁场力提高1至2个数量级，病灶区附近的载药磁纳米粒子捕获率显著提高。本文研究工作和成果为植入辅助种子磁性药物靶向治疗的各种应用提供了有价值的参考数据。

目录

声明

摘要

变量说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 植入辅助磁性介质药物靶向治疗系统概述

1．2．1 磁性药物靶向系统

1．2．2 载药磁纳米粒子的种类和特点

1．2．3 植入辅助磁性介质的药物靶向治疗系统

1．3 磁性药物靶向研究现状

1．4 本课题研究目的

1．5 本章小结

第二章 载药磁纳米粒子输运模型理论基础

2．1 流体动力学理论

2．1．1 流体及其主要物理力学性质

2．1．2 流体的连续性方程

2．1．3 Navier-Stokes方程

2．1．4 Stokes公式

2．2 磁场及磁场方程

2．2．1 磁场中的磁介质

2．2．2 圆柱形永磁体产生的磁场分布

2．2．3 磁偶极子的矢势和场

2．2．4 磁偶极子在外磁场中受到的力

2．3 输运理论

2．4 本章小结

第三章 载药磁纳米粒子输运的理论模型

3．1 载药磁纳米粒子输运的物理模型

3．2 载药磁纳米粒子输运的控制方程

3．2．1 非渗透壁微血管血液运动方程

3．2．2 磁场及磁场力控制方程

3．2．3 磁粒子在血液中的输运方程

3．2．4 Fokker-Planck方程中的Brownian运动项

3．3 载药磁纳米粒子的捕获率

3．4 本章小结

第四章 载药磁纳米粒子输运模型数值求解方法

4．1 分群法

4．1．1 分群法概述

4．1．2 分群法中速度空间分布函数的修正

4．1．3 分布函数积分项的处理

4．2 控制方程的无量纲化

4．3 控制方程的离散化

4．4 控制方程的数值求解

4．5 模型计算程序逻辑框图

4．6 本章小结

第五章 载药磁纳米粒子输运模型求解结果分析

5．1 磁场和磁场力分布

5．2 载药磁纳米粒子分布

5．3 磁场、流场和粒子参数对载药磁纳米粒子捕获率影响

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献