薄膜体声波谐振器及其细胞药物导入应用研究

摘要

细胞药物导入是现代药剂学中关于新制剂和新剂型的重要研究方法，通过将药物导入细胞内部，并观察其对细胞活性、形态等的影响，从而测定药物毒性等性质。细胞药物导入技术在透皮给药、靶向给药等研究领域有重要应用。本文首次将薄膜体声波谐振器应用于药物导入领域，并对基于薄膜体声波谐振器的细胞药物导入系统展开系统研究。本导入系统利用谐振器产生的特超声与细胞作用，致细胞膜穿孔，从而增加细胞膜通透性，大幅提升药物导入效率。薄膜体声波谐振器是一种微米/亚微米尺寸的声学谐振器，其利用压电效应与逆压电效应在器件内产生体声波并形成谐振。该谐振器具有微型体积、高品质因数、低成本等特点，被广泛应用于科研与工业领域。由于谐振器自身的性能会直接影响甚至决定细胞药物导入系统的整体性能，故为确保其在应用中的良好性能，本文首先对谐振器进行研究与设计，研究其物理电学特性、电学模型等，并加工制作满足要求的谐振器器件。
　　本课题的主要研究内容如下：
　　1.本文深入系统地讨论薄膜体声波谐振器的不同建模方法，包括电学建模方法、有限元建模方法、及数学矩阵建模方法。通过较准确的模型对谐振器进行设计与优化，为细胞药物导入系统提供性能保障。
　　2.本文深入研究散射特性与层叠结构的关系，利用谐振器的传输矩阵求解器件散射类型，并利用顶层反射层厚度来调整散射特性。此研究可以指导谐振器设计，为细胞药物导入系统提供有效的驱动激励。
　　3.本文创新性地将薄膜体声波谐振器应用于细胞药物导入领域，搭建基于薄膜体声波谐振器的细胞药物导入实验系统，并对细胞穿孔原理进行理论分析与实验验证。此实验系统中无需添加额外化学试剂，具有简化实验操作、净化细胞环境、降低实验成本等特点。
　　4.本文对基于薄膜体声波谐振器的细胞药物导入系统进行一系列实验研究，包括生物兼容性、小分子药物导入、大分子药物导入等定性与定量的研究。此细
　　药物导入系统具有小型化特点，可实现阵列化药物导入，提升实验系统通量与实验效率。另外，此系统可实现局部药物导入，为活体内定点靶向治疗应用前景提供技术方案。

目录

第1章绪论

1.1本课题的研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的主要研究内容

第2章薄膜体声波谐振器建模研究

2.1薄膜体声波谐振器的工作原理及电学特性

2.2薄膜体声波谐振器的电学建模分析

2.3薄膜体声波谐振器的有限元建模分析

2.4薄膜体声波谐振器数学建模研究

第3章薄膜体声波谐振器散射特性研究

3.1散射曲线及求解

3.2散射特性研究

3.3散射特性可调的谐振器加工工艺研究

第4章基于薄膜体声波谐振器的细胞药物导入系统原理研究与实验验证

4.1细胞穿孔提高药物导入效率

4.2细胞药物导入系统的原理研究

4.3细胞药物导入系统的实验验证

4.4细胞药物导入系统的系统参数研究

第5章基于薄膜体声波谐振器的细胞药物导入系统实验研究

5.1细胞药物导入系统的实验装置与实验方法

5.2导入系统的生物兼容性研究

5.3小分子DOX导入的实验研究

5.4大分子DNA导入的实验研究

5.5导入系统的作用范围研究

5.6导入系统的阵列化导入研究

5.7导入系统的缓释研究

第6章总结与展望

6.1本文主要工作

6.2本文创新性成果

6.3工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢