超声经皮给药机制的计算机仿真研究与实验

摘要

随着多肽和蛋白质类药物等新型药物被不断地研制出来并广泛的应用于疾病的预防、诊断和治疗，传统的口服、注射给药的方式越来越显现出其不足，寻找更为方便安全有效的给药途径也成为重要的研究课题。作为一种重要的经皮给药方法，超声促渗具有对皮肤刺激性小、不破坏药物性质等优势，因而受到广泛关注，具有很重要的研究价值。
　　超声经皮给药是指通过超声波促进药物透过皮肤进入组织，被毛细血管吸收进入体循环。其主要作用机制为超声空化效应，空化气泡崩溃瞬间局部产生大量能量，可以破坏皮肤角质层的屏障作用。目前，有关超声的频率、强度与促渗效果之间的关系均是基于实验总结，而缺少相关超声经皮给药的数学定量模型的研究，从数值上对超声频率、强度与促渗效果之间关系的研究报道也很少。
　　基于这种研究背景，本文进行了以下研究工作:
　　1.本论文基于超声经皮给药的机制、空化效应及空化气泡动力学，探究了超声激励信号与空化气泡运动相关的数学方程。使用Matlab工具进行数值求解和空化气泡运动状态的仿真。
　　2.对不同频率、声场强度的超声信号作用下的仿真结果进行分析，以研究超声的频率、强度对于超声促渗效果的影响。依据仿真分析结果，作者对双频超声促渗的机制进行了讨论。
　　3.设计了活体小鼠超声促胰岛素经皮给药实验，用于研究低频超声对肽类药物经皮转运的促进作用，验证了较低频率的超声具有更好的促渗效果;设计了超声信号发射系统，实现了多种频率且声压幅值可调的超声波的发射;对低频超声经皮给药的安全性进行了讨论。
　　将空化效应的数值研究应用于超声信号与超声经皮给药效果的分析上，由超声激励信号与空化气泡运动的关系，引申到超声频率、强度参数对超声促渗效果的影响。这种研究方法具有一定的创新性，对于超声经皮给药的数学定量分析研究也有一定的研究价值。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 经皮给药的研究背景

1．1．2 经皮给药的各种促渗方法

1．1．3 超声经皮给药的优势

1．2 超声经皮给药研究发展与应用现状

1．2．1 超声经皮给药的研究发展

1．2．2 国外应用现状

1．2．3 国内应用现状

1．3 课题研究意义与主要工作

1．4 本文结构

第二章 超声经皮给药机制及影响因素

2．1 低频超声经皮给药机制

2．1．1 超声经皮给药的渗透途径

2．1．2 空化效应

2．1．3 热效应

2．1．4 声微流效应

2．1．5 其他机制

2．2 影响超声经皮给药的因素

2．3 本章小结

第三章 超声空化的计算机仿真研究

3．1 超声空化效应简介

3．1．1 超声空化原理

3．1．2 超声空化研究理论基础

3．1．3 超声促渗数值研究的意义

3．2 超声给药过程简化

3．3 超声空化气泡壁运动方程

3．4 气泡壁运动方程的数值求解方法

3．5 不同声场条件下的仿真研究

3．5．1 不同频率超声激励的气泡运动仿真

3．5．2 不同强度声场激励的气泡运动仿真

3．6 空化泡运动与促渗效果分析

3．7 关于双频超声的基于仿真结论的原理分析

3．8 本章小结

第四章 超声促胰岛素经皮渗透实验设计

4．1 活体小鼠实验目的与意义

4．2 实验材料和方法

4．2．1 材料

4．2．2 实验方法

4．3 超声发射系统

4．3．1 超声发射系统的功能需求

4．3．2 超声发射系统总体设计

4．3．3 超声发射系统的分块设计

4．4 实验步骤

4．4．1 实验试剂的配制与用量

4．4．2 小鼠分组与实验技术方法

4．5 实验可行性分析

4．6 本章小结

第五章 实验分析与安全性讨论

5．1 实验数据分析

5．2 关于超声经皮给药安全性的讨论

5．2．1 皮肤角质层的屏障作用

5．2．2 基于小鼠实验的安全性讨论

5．2．3 安全性研究意义

5．2．4 超声促渗的安全性研究总结

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况